Pakiety LiPo, czyli baterie do modeli RC – co musisz wiedzieć?
Pisałem w swoim poradniku dotyczącym modeli RC, że w dzisiejszych czasach polecam modele elektryczne wszystkim, którzy chcą jeździć, latać, pływać – bez różnicy. Silniki spalinowe są dobrym rozwiązaniem wyłącznie dla miłośników tychże silników spalinowych, którzy po prostu chcą zapachu spalin i dźwięku tego rodzaju silnika. Napęd elektryczny jest wygodniejsza, trwalszy, prostszy w obsłudze i jest bardziej uniwersalny. Aby działał dobrze wymaga jednak odpowiedniego zasilania, które jest absolutnie kluczowe dla długości działania i osiągów. W tej chwili jest jeden, najbardziej powszechny rodzaj pakietów zasilających modele, czy jak kto woli, akumulatorów lub baterii, które oferują najwięcej zalet – LiPo, czyli pakiety litowo-polimerowe. To o nich będzie ten artykuł.
Po co stosować LiPo?
Najpierw ustalmy, czemu akurat pakiety LiPo warte są czasu na przyswajanie tych wszystkich informacji? Mówiąc najprościej, deklasują tradycyjne akumulatory NiMh pod niemal każdym względem, poza łatwością użycia.
- LiPo mają znacznie korzystniejszą charakterystykę rozładowywania w porównaniu do NiMh
- LiPo mają znacznie mniejszą masę niż inne rodzaje akumulatorów. To jest zawsze istotne, ale szczególnie w przypadku modeli latających
- LiPo może dostarczyć większy prąd
- Są dostępne większe pojemności niż w NiMh
- Jest szerszy wachlarz rozmiarów i kształtów pakietów zasilających
- Znacznie mniej nagrzewają się przy ładowaniu i rozładowaniu
- Możliwe jest szybsze naładowanie pakietów
- Szerszy zakres oferowanego napięcia
Najważniejszy jest punkt pierwszy – charakterystyka rozładowania. Tradycyjne akumulatory NiMh, lub zwykłe baterie, rozładowują się stopniowo i dość równomiernie. Oznacza to, że po włożeniu ich np. do latarki, pełną moc będą oferowały tylko po włączeniu, a z czasem latarka będzie świecić coraz słabiej i słabiej. Do połowy pojemności nie ma to aż takiego znaczenia, ale później latarka świeci już tak słabo, że nie nadaje się do użycia. Zwykle oznacza to dłuższy czas pozornego działania, które w praktyce jest bezużyteczne. W modelach kołowych widać to bardzo wyraźnie, jak stopniowo tracą na mocy i prędkości maksymalnej, by na sam koniec z prędkości maksymalnej rzędu 50 km/h zejść do raptem 3 km/h, czyli prędkości spokojnego spaceru. W gronie znajomych nazwy żartobliwie ten moment jazdy „Captain Slow”, od Jamesa May’a z Top Gear.
Tym czasem LiPo utrzymuje podobny poziom energii prawie do samego końca. W praktyce oznaczałoby to, że latarka świeciłaby cały czas bardzo mocno, na sam koniec na kilka minut straciłaby na jasności, by po chwili całkiem się wyłączyć. Taka charakterystyka pracy jest znacznie korzystniejsza, bo pozwala wykorzystać pełną moc modelu przez prawie cały czas jazdy. W modelach latających nie da się stosować innego zasilania niż LiPo, bo spadłyby na ziemię.
Zagrożenia związane z LiPo
Nie jest jednak tak kolorowo, żeby z pakietami LiPo nie wiązały się żadne efekty uboczne. Są rzeczy o których absolutnie trzeba pamiętać, aby nie popsuć sobie nowego pakietu i nie spalić modelu, albo co gorsza, mieszkania.
Nie dopuszczaj do pełnego rozładowania
Po pierwsze, LiPo nie można rozładowywać do samego końca, czyli do momentu, w którym model mocno zwolni i prawie przestanie jeździć. Jeśli rozładujemy LiPo poniżej napięcia 3,2 V na celę pakiet zwyczajnie ulegnie uszkodzeniu (można próbować odratowywać pakiet rozładowany do 2,8V, ale to sytuacja ekstremalna). Spuchnie i nie da się ponownie naładować. To nie jest banalny problem, bo jeden pakiet kosztuje nawet kilkaset złotych i można go zepsuć przy pierwszym użyciu. A problem ten nie występuje w NiMh i część osób wkraczających w hobby może być go całkiem nieświadoma.
Wyjściem z sytuacji jest stosowanie układu, który odcina zasilanie w modelu, w momencie gdy napięcie w poszczególnych celach pakietu LiPo spadną do wartości 3,2 V (albo dla bezpieczeństwa nawet 3,5V). Większość nowych modeli posiada taką funkcje, ale nie znaczy to jeszcze, że została ona fabrycznie uaktywniona. Trzeba to koniecznie sprawdzić, inaczej pierwsza jazda może być ostatnią do czasu zakupu nowego pakietu.
Innym wyjście jest tzw buzzer, czyli małe urządzenie, które w sposób ciągły mierzy napięcie i uruchamia głośny alarm dźwiękowy, gdy spadnie poniżej ustalonego poziomu. Taki tester baterii kosztuje kilkanaście złotych i warto go mieć, aby sprawdzać łatwo i szybko stan pakietów LiPo. Można też jeździć z buzzerem na stałe podpiętym do baterii tak na wszelki wypadek, żeby uniknąć wpadki, gdy odcięcie zasilania nie zadziała, albo jest fabrycznie ustalone zbyt nisko.
Nie zapominajmy również, że baterie trzymane długo na półce również powoli się rozładowują. Dlatego zdecydowanie złym pomysłem jest wyjęcie rozładowanego pakietu LiPo z modelu i odłożenie go do szafy, bez wcześniejszego naładowania do połowy pojemności. Inaczej może się okazać, że po miesiącu czy dwóch napięcie samo spadnie z granicznych 3,2V poniżej dopuszczalnego poziomu.
Warto również pamiętać o odłączeniu buzzera po zakończeniu zabawy. Urządzenie rozładowuje trochę pakiet podczas pomiaru i jeśli pozostawimy podłączone, rozładuje pakiet w kilka, do kilkunastu godzin. W najlepszym przypadku w środku nocy obudzi nas alarm buzzera informujący o niskim napięciu, w najgorszym wypadku nie usłyszymy go wcale z garażu, piwnicy, czy będąc w pracy i pakiet szlag trafi.
Przechowuj pakiety naładowane do połowy
Dłuższe przechowywanie rozładowanych pakietów to zły pomysł, ale ładowanie ich do pełna przed schowanie do szafy też nie jest dobrym wyjściem. W pełni naładowany pakiet jest poddawany dużemu stresowi. Wystarczy pomyśleć ile energii zgromadzone jest w tak niedużej kostce – wystarczająco dużo, żeby napędzać kilkukilogramowy model do prędkości 100 km/h przez blisko godzinę. Przechowywanie w pełni naładowanych pakietów skraca ich żywotność i zmniejsza pojemność. Po jednym sezonie takiego użytkowania model będzie jeździł o 20% krócej, a to zupełnie niepotrzebne.
W tym celu w ładowarkach modelarskich dedykowanych LiPo jest specjalny tryb stworzony z myślą o przechowywaniu, który nazywa się z języka angielskiego „storage”. Ładuje on pakiety w mniej więcej 60%, co skutkuje możliwością przechowywania pakietów przez wiele miesięcy w optymalnych warunkach, bez niebezpieczeństwa rozładowania i bez utraty pojemności.
Pakiety należy naładować do pełna najwcześniej dzień przed zaplanowaną jazdą, a po powrocie znów skorzystać z programu „storage”, chyba, że od razu planujemy kolejną jazdę tego samego czy następnego dnia. Jeśli naładowaliśmy pakiety, a wyjście na zabawę z modelami nie wypaliło, np. przez nagłe załamanie pogody, naładowane pakiety również można potraktować programem storage, który w tym wypadku rozładuje pakiet do 60% jego pojemności, co będzie trwało jednak znacznie dłużej niż ładowanie. Mimo wszystko warto to zrobić.
Jeśli zdarzy się nam nieplanowane, spontaniczne wyjście na jazdę, można wziąć pakiety naładowane programem storage ze sobą i je normalnie wykorzystać. Jazda będzie krótsza o mniej więcej połowę, ale zależnie od modelu może to dać i tak od 20 minut zabawy w modelu szybkim, do nawet 2 godzin jazdy w modelu trialowym. Tym bardziej nie warto trzymać naładowanych do pełna pakietów.
Pakiety należy przechowywać w bezpiecznym miejscu. W metalowym pudełku, w porcelanowej donicy. Z dala od ekstremalnych temperatur. Wrzucenie pakietu na dno szafy nie jest najlepszym pomysłem.
Ładuj tylko specjalistyczną ładowarką i tylko pod nadzorem!
Jak widać z powyższych akapitów, pakiety LiPo wymagają specjalistycznego traktowania. Z tego właśnie względu nie można ich ładować dowolną ładowarką, do której pasuje wtyczka. Ładowarka absolutnie musi posiadać specjalny tryb ładowania pakietów LiPo. Przy okazji będzie miała również tryb storage, który jest również niemal niezbędny.
Podczas ładowania, ładowarka musi nadzorować napięcie każdej celi pakietu osobno i nie dopuścić do powstania rozbieżności napięcia pomiędzy celami. Zbyt duża rozbieznośc doprowadzi do uszkodzenia pakietu. Dlatego szybką ładowarkę podłącza się do pakietu LiPo dwoma wtyczkami – do grubego kabla, która pozwoli naładować pakiet szybko, dużym prądem, oraz tzw. wtyczką balansera, która daje dostęp do każdej celi osobno. Im wyższe napięcie naszego pakietu, czyli im więcej cel ma pakiet, tym tych cieniutkich kabelków podłączanych do jednej wtyczki będzie więcej. Dla pakietu 2S, czyli 7,4V będą trzy kabelki balansera podłączone do jednej wtyczki, dla pakietu 3S będą cztery itd. Każda ładowarka potrafi obsłużyć pakiety LiPo do określonej liczby cel. W modelarstwie kołowym rzadko przekracza się 3S na pakiet, ale w lotnictwie spotkane są pakiety 8S. Są też wolne ładowarki, ładujące tylko przez kabelki balansera.
Sporadycznie zdarza się, że podczas ładowania pakietu LiPo coś pójdzie nie tak i może dość do zapłonu pakietu. Nie jest to częsta sytuacja, ale dla bezpieczeństwa należy ładować pakiety w bezpiecznym miejscu, np. na podłodze z terakoty, na betonowej wylewce, lub na porcelanowym talerzu chociaż. Nie należy również nastawiać ładowania gdy idziemy spać lub wychodzimy z domu, chyba, że mamy naprawdę bezpieczne miejsce i w razie gdy coś pójdzie nie tak, nie spalimy całego garażu, albo mieszkania.
Z tego samego względu dobrze jest przechowywać pakiety w równie bezpiecznym miejscu. Nie zostawiać ich w samochodzie, zarówno tym zdalnie sterowanym, jak i tym bardziej pełnowymiarowym, którym dojeżdżamy do pracy. Ryzyko nie jest duże, ale lepiej dmuchać na zimne, niż napytać sobie biedy i dużych strat finansowych.
Parametry pakietów zasilających
Wymiary
To dość oczywiste, ale często jakoś się gubi w planowaniu zakupu pakietów. Przede wszystkim trzeba ustalić jaki rozmiar pakietu mieści się w naszym modelu. Niektóre modele posiadają zapięcia na rzepy i akceptują bardzo szeroki zakres rozmiarów pakietów np. Arrma Typhon. Inne wymagają dokupienia innego koszyczka lub zatrzasku, pozwalającego włożyć grubszą baterię, np. Traxxas Slash. Jeszcze inne mają pojemniki na pakiety zamknięte ze wszystkich stron i nie ma opcji, żeby nagiąć wielkość powyżej określonego rozmiaru choćby o milimetr, np. Traxxas E-Revo czy HPI Savage XS. Dlatego w pierwszej kolejności sprawdź w instrukcji (często można pobrać PDF ze strony WWW producenta modelu) jakie rozmiary pakietów są akceptowalne w Twoim modelu i odrzuć te, które się nie zmieszczą.
Napięcie
To kluczowy parametr, który wpłynie zarówno na prędkość jazdy, jak i jedyny parametr, który może spowodować kosztowne zepsucie modelu, poprzez spalanie ESC – elektronicznego regulatora obrotów, który jest jedną z najdroższych części w modelu zdalnie sterowanym. Zarówno w instrukcji jak i na pudełku modelu będzie jasno powiedziane jakie napięcia model akceptuje. Zwykle jest to zakres od – do.
Jedna cela w pakietach LiPo ma napięcie 3,7 V, a więc kolejne progi napięcia pakietów LiPo są co 3,7V właśnie i nie ma wartości pośrednich. Liczba ogniw określana jest też mianem S. Dla przykładu większość modeli w skali 1/10 i z silnikiem bezszczotkowym akceptuje najczęściej pakiety 2S i 3S, czyli o napięciu 7,4V oraz 11,1V, bo 2×3,7=7,4 a 3×3,7=11,1.
Większe modele w skali 1/8 jeżdżą najczęściej na pakietach 4S lub 6S, a więc akceptują napięcie od 14,8V do 22,2V. W takim wypadku czasami można zastosować wartość pośrednią, czyli 5S, ale nie każdy producent to zaleca.
Zastosowanie mniejszego niż zalecane napięcia spowolni model, albo spowoduje, że nie ruszy. Natomiast zastosowanie większego niż dopuszczalne, nieodwracalnie uszkodzi model.
Osobiście preferuje stosowanie pakietów 2S i 4S odpowiednio do wielkości modelu, niż 3S i 6S. Zmniejsza to zużycie napędu i zwykle jest całkowicie wystarczające. Po maksymalne napięcie sięgałbym głównie na zawodach oraz przy wykonywaniu najbardziej wymagających trików, takich jak flipy w powietrzu czy backflip przy ruszaniu z miejsca.
Tak czy inaczej reguła jest tylko jedna – sprawdzić napięcie zalecane przez producenta w instrukcji, (albo, dla zaawansowanych, w instrukcji danego ESC) i tego się trzymać.
Pojemność
Pojemność wyrażana w mAh, czyli w miliamperogodzinach ma wpływ wyłącznie na czas działania modelu. Nie można zepsuć modelu zbyt dużą, czy zbyt małą pojemnością pakietu. Im większa pojemność, tym dłuższa zabawa, ale też im większa pojemność, tym większy i cięższy pakiet, więc patrz punkt pierwszy – musi zmieścić się do modelu. Czasami lepiej mieć dwa lżejsze pakiety niż jedną ciężką cegłę.
Dla większych modeli jeżdżących minimalna sensowna pojemność to 3000 mAh. Osobiście nie schodziłbym poniżej 5000 mAh, która to pojemność wydaje się najlepszym kompromisem między wielkością a czasem jazdy. Czasami warto pokusić się o pojemność 7000 czy 8000 mAh, jeśli wielkość modelu na to pozwala.
Doradzam ostrożność przy zakupie tanich i pojemnych pakietów. Jeśli jakiś pakiet wydaje się podejrzanie tani i pojemny, to prawdopodobnie kryje się za tym tajemnica skrywana przez producenta lub sprzedawcę. To jak z powerbankami i chińskimi akumulatorkami, czy pendrive’ami – jeśli kosztuje 50 zł i ma 128 GB albo 20 000 mAh, to na pewno jest to oszustwo. Wystarczy porównać z innymi produktami, aby zorientować się w jakiej cenie można otrzymać daną pojemność i nie ufać zbyt atrakcyjnym ofertom.
Liczba C
Liczba C pojawia się w dwóch przypadkach. Na opakowaniu pakietu oznacza prąd z jakim można pakiet rozładować. W instrukcji pakietu oznacza z jakim prądem można pakiet ładować, czyli jak szybko (jak krótko) można go ładować. C to po prostu pojemność.
Jeśli pakiet ma 5000 mAh i na jego opakowaniu widnieje informacja 20C, to znaczy, że pakiet może dostarczyć z grubsza 100 amperów, bo mAh dzielimy przez 1000 i mnóżmy razy liczbę czyli C 20*5=100. Jeśli zaś producent informuje, że pakiet można ładować prądem 1C, to znaczy, że naładujemy go w godzinę i dla pakietu 5000 mAh możemy zastosować prąd lądowania wysokości 5A, jeśli nasza ładowarka na to pozwala. Jeśli ładowanie dopuszczalne przez producenta to 2C, to oznacza 10A i pół godziny ładowania dla pakietu 5000 mAh.
Producenci różnie wyliczają wartość C i nie zawsze znaczy ona precyzyjnie to samo (czasami prąd rozładowania jest podawany jako chwilowy, a czasami jako stały), jednak łatwo zrozumieć to co najistotniejsze.
Większa wartość C oznacza to jak szybko pakiet może się rozładować i ile energii dostarczy. Im większa wartość C, tym model będzie miał większego kopa, aż do momentu kiedy parametry pakietu przekroczą możliwości ESC oraz silnika i to one staną się wąskim gardłem. Pakiet z wyższą liczbą C można porównać do wysokooktanowego paliwa. Dla modeli jeżdżących zalecam pakiety z 30C i więcej. Najbezpieczniejszą wartością, nie ograniczającą nawet wymagających i drogich napędów jest 40C i więcej, przy czym zazwyczaj nie warto dopłacać do wartości znacznie wyższych.
Za to podczas ładowania trzeba trzymać się zaleceń producenta. Jeśli nie jest wyraźnie napisane inaczej, nie zalecam przekraczania wartości 1C, a w momencie gdy się nie spieszymy, warto ładować jeszcze wolniej, aby nie skracać zbyt szybko żywotności pakietów.
Obudowa
Pakiety LiPo są sprzedawane w formie miękkiej, albo twardej. Miękka forma to spięcie poszczególnych cel folią termokurczliwą, a twarda to kwadratowe, sztywne plastikowe opakowanie. Miękkie pakiety najczęściej stosuje się w lotnictwie, oraz w modelach wolnych. W modelach szybkich, które narażone są na duże przeciążenia i wypadki, polecane są pakiety twarde, które są odporniejsze na uszkodzenia mechaniczne. Przebicie powłoki pakietu nie tylko uszkodzi pakiet, ale spowoduje powstanie wysokiej temperatury i płomieni, co z kolei może łatwo zniszczyć cały model, który ma większość elementów z tworzywa wrażliwego na wysoką temperaturę.
Poniższy film został nagrany w 120 klatkach na sekundę i jest odtwarzany w 30 klatkach na sekundę, co daje spowolnienie czterokrotne na całej jego długości. Reakcja jest tak gwałtowna, że spowolnienia nie widać. Dopiero na końcu, gdy płomień się uspokaja, widać wyraźnie, że to slow-mo.
Złącza
Każdy producent stosuje własne. Jest ich kilkadziesiąt różnych rodzajów, różnej wielkości i dostosowanych do różnych napięć. Nie ma żadnego problemu, żeby za kilka złotych dokupić odpowiednią wtyczkę (męską, żeńską lub kompletną) i przylutować, czy to w samym pakiecie LiPo, czy w modelu. Można to zrobić samemu, albo zlecić w sklepie modelarskim, przy zakupie pakietu lub modelu. Najważniejsze jest aby w modelu, ładowarce i pakiecie było kompatybilne złącze i tyle.
Zdania o tym, które złącza są najlepsze są bardzo podzielone i można je porównać do konfliktów Windows vs Linux, lub Vim vs Emacs. Każdy ma swoją opinię na ten temat. Jeśli złącza pasują do siebie i nie sprawiają problemów np. wyłączając model w trakcie jazdy, wszystko jest w porządku.
Nie ma większego sensu kierować się rodzajem złącza przy zakupie pakietu, bo przylutowanie wtyczki to żaden problem.
Podsumowanie
Pakiety LiPo to jedyne i najlepsze wyjście dla wymagających modeli. Wiążą się z zakupem specjalistycznej ładowarki i dodatkowymi środkami ostrożności, ale warto mimo wszystko LiPo stosować. Całkowicie odradzam jednak powierzenie LiPo dzieciom, czy osobom idącym na skróty i nie czytającym takich artykułów jak ten. Osoba, która podłączy LiPo do zwykłej ładowarki, albo włoży do modelu bez odcięcia przy niskim napięciu, w najlepszym wypadku zepsuje sobie pakiet warty 100 – 300 zł, w najgorszym spali swój model lub mieszkanie. Zasady obchodzenia się z LiPo są proste i czytelne, ale trzeba ich bezwzględnie przestrzegać. Jeśli zapomnimy naładować Lipo po jeździe, albo nie odłączymy buzzera, takie zaniedbanie może nas drogo kosztować.
Bawcie się dobrze i pozostańcie bezpieczni.