CONNAISSANCE DES LiPo Louis FOURDAN février 2006 Wissous LF 2

Terminologie Pile non rechargeable Accumulateur élément rechargeable Batterie groupe d’accumulateurs En anglais : battery, pack, accumulator LF 3

NiMH Nickel Metal Hydride LiPo Lithium-Polymère Quatre chimies : Pb au plomb NiCd Cadmium-Nickel NiMH Nickel Metal Hydride LiPo Lithium-Polymère LF Li Po est un célèbre poète chinois (701-762) 4

Piles à combustibles (Hydrogène, Methanol ..) ? AVENIR Pb = Automobiles NiCd = abandon (métaux lourds) NiMH = auto-décharge rapide LiPo = avenir assuré (Lithium abondant) Piles à combustibles (Hydrogène, Methanol ..) ? LF 5

Chimie LiPo LF Co = cobalt C = carbone 6

Performances - spécifications Charge - danger Décharge / utilisation A savoir Performances - spécifications Charge - danger Décharge / utilisation Stockage - danger Entretien LF 7

Performances – spécifications Tension nominale 3.7 V par élément LiPo Capacité ampère-heure (Ah) C Capacité énergétique (Wh) Résistance interne (milliohm) Température max Courant Imax de décharge continue (8C par ex.) Décharges pulsées (20C @ 10 s / 60 s par ex.) Auto-décharge (1%C par mois par ex.) Durée de vie en nombre de cycles (300 cycles par ex.) LF 8

Comparaison des chimies ~ Wh/kg perte%/mois Pb 35 1% NiCd 50 10% NiMH 60 30% !!! LiPo 150 1% µpile méthanol 320 ? Voir aussi le prix $ / Wh LF 9

Approvisionnement des LiPo 2 principaux pays producteurs Corée et Chine Kokam, Etec, Polyquest (Corée) Tronics, Huanyu, Amperex, Thunder Sky … (Chine) Beaucoup de revendeurs Emballage et connecteurs spécifiques LF 10

Prix des LiPo Cellules nues (ex. ACW) ETEC 450 mAh 10C 8.7 $ HP CL 2100 mAh 16C 18.5 $ Problème : bien les monter Certaines électrodes (alu) se soudent mal !! Il vaut mieux acheter un pack, quitte à le désosser LF 11

Prix des LiPo (suite) Packs (ACW) HP LCL 2100 mAh 16-22C 2S 45.80 $ Pack (Aeronuts) ELE 2100 mAh 15C 2S 27.37 $ Hyperion LF 12

Lithium boîtier métal cylindrique ( + robustes , charge 4.1 V, origine PRC) Format 18650 (Ø 18, h 65 mm) 2000 mAh 5.2 $ (par 50) à 5.88 $ 2200 mAh 7.85 $ 2400 mAh 8.88 $ Format 18500 (Ø 18, h 50 mm) 1400 mAh 3.65 $ (gros AA) http://www.batteryspace.com (Ca, USA) G-ion, Konion , Panasonic , PC portables… LF 13

Charge des LiPo Par alimentation stabilisée CV-CC (CONRAD PS1503SB 60 €) 1) Régler la tension à 4.10 - 4.20 V par cellule 2S (8.4 V) 3S(12.6 V) 4S (16.8 V) 2) Régler l’intensité à 1C exemple 1200 mAh régler à 1200 mA 3) Laisser 2 heures ou plus (aucun danger) LF 14

Charge des LiPo Par alimentation stabilisée CV-CC La tension monte au plafond et l’intensité baisse d’elle même On peut laisser 2 à 12 h sans problème LF 15

Equilibrage des packs LiPo DANGER !! Si les éléments sont déséquilibrés (exemple 3S : 3.8V 3.9 V 3.0 V) Si l’on charge à 12.6 V Un élément « risque » de voir plus de 4.2 V Surveiller cet équilibrage à 0.1 V près LF 16

Chargeurs LiPo Beaucoup de modèles Schulze MGM Chargeurs coréens ou chinois Robbe, T2M, Multiplex, Hitec .. Avec équilibreur si possible (connecteur) LF 17

Schulze LiPoCard 79 € (dédié LiPo) Chargeurs LiPo Schulze LiPoCard 79 € (dédié LiPo) 1S à 4S 4.1 ou 4.2 V équilibreur incorporé Courant 50 à 1850 mA Entrée 10.5 à 15 V Visu = 13 LEDs LF 18

Chargeurs LiPo ALIGN KX850127A 52.4 $ 1S à 4S 4.1 ou 4.2 V équilibreur incorporé Courant max 1000 mA Entrée 220 V 50 Hz LF 19

Chargeurs LiPo MGM-Com-Pro Thunder Power Bientôt disponible (équilibreur incorporé) Thunder Power TP-1010C chargeur 200 $ 1 to 10S LiPo 220 W Connexion pour équilibreur externe TP 210 V équilibreur externe 2-10 S 100 $ LF 20

LipoSave C’est un petit limiteur en échelle n.S, qui interdit à chaque cellule de dépasser 4.25 V (ajustable) Exemple 3S Website http://electrofly.free.fr LF 21

DANGERS Chargeurs LiPo Se tromper de nombre d’éléments Automatisme du nombre d’éléments en défaut Si on dépasse 4.3 V à la charge ça peut exploser et prendre feu LF 22

Propulsion (BEC ou opto) Utilisation des LiPo Propulsion (BEC ou opto) Option : assemblage de plusieurs packs 3S2P = 3 cellules série, 2 packs en parallèle Emission 3S (10 à 12.6 V) 3 éléments 1200 à 2400 mAh selon place Réception séparée 2S (6 à 8.4 V) Prévoir régulateur LIN ou PWM 5 à 6 V LF 23

Propulsion (BEC) assemblage 3S2P dans un Magister (6 éléments LiPo) Magister MPX http://bungymania.inexos.net LF 24

LiPo en propulsion Seuil de tension Ne pas descendre < 3 V à faible décharge < 1C Ne pas descendre < 2.7 V à forte décharge 4C-6C Les contrôleurs ESC sont équipés de cette fonction dite « cut-off LiPo 2S ou 3S» Low Voltage Cutoff Behavior If the motor battery pack drops to the programmed cut-off voltage, the controller will reduce the motor speed or stop the motor, depending on the setting below, to ensure that there is enough power for the receiver and servos. You can resume full power by setting throttle to full stop for a moment and return to full throttle, but remember that it’s time to land your model!  Soft Auto-Cut (reduce rpm): - _  - _  - _  - _  - _ (normal for sport models) Hard Auto-Cut (full stop): _ -  _ -  _ -  _ -  _ - (normal for gliders) Il existe des « protecteurs cut-off LiPo» LVC, LipoShield Rx V+ ESC FMA AVC-Air LF 25

Contrôleur low V cut-off (20 $) LipoShield (ou LVC) Contrôleur low V cut-off (20 $) LiPo Rx ESC ESC Rx LiPo Le LipoShield CORRIGE (µC) le signal PPM des gaz pour le réduire en cas de baisse de tension batterie en dessous de Vmin. Reconnaissance automatique du nombre de LiPO en début de mission (visu / LEDS) LF 26

Exemple d’une radio HITEC CRX Aggressor Emission Tx Exemple d’une radio HITEC CRX Aggressor LiPo(3S) 2600 mAh NiCd(8) 600 mAh LF 27

Régulateur à découpage Webra 15 g Réception Rx Régulateur à découpage Webra 15 g Out = 5V 4A continu 50 A peak In = LiPo 2S (6-8.4 V) Filtrage des parasites LF 28

Régulateurs à découpage DimensionEngineering Réception Rx Régulateurs à découpage DimensionEngineering In = LiPo 2S-8S (8-32 V) Out = 5V 1.25A continu Out = 6V 1.25A continu Filtrage des parasites LF 29

Décharges types (LiPo PQ1500 mAh) LF 30

Jauge LiPo Etat de charge V à vide Reste 1S 3S 0% 3.00 9 5% 3.30 9.9 0% 3.00 9 5% 3.30 9.9 10% 3.60 10.8 20% 3.70 11.1 30% 3.75 11.25 40% 3.79 11.37 50% 3.83 11.49 60% 3.87 11.61 70% 3.92 11.76 80% 3.97 11.91 90% 4.10 12.3 100% 4.20 12.6 LF 31

DANGERS Stockage LiPo Court-circuit par les connecteurs Perforation de l’enveloppe Connecteurs détrompés et protégés Male(+)Femelle(-) ou Dean ou … Male + bouchon isolant (gaine) Gaines thermo rétractables Standardisation perso. Sac PE Boite de rangement LF 32

Plaquette de montage Montage des LiPo Connecteur intermédiaire Adaptateurs LF 33

CBA II (Computerized Battery Analyzer) Entretien LiPo Stockage à 3.8 V, faible auto-décharge Liste / étiquettes + Tableau EXCEL Test annuel de capacité restituée CBA II (Computerized Battery Analyzer) Test de décharge avec graphe sur PC LF 34

CBA II (Computerized Battery Analyzer) Interface USB + PC graphical software Maximum discharge power rate = 100 W , maximum = 48 V Range 0-3 A + - 10 mA (12 bit) Range 3-40 A + - 45 mA 0-5 volt + - 5 mV 5-10 volt + - 10 mV 10-48 volt + - 50 mV Auto voltage shut off @ end of test Auto temperature shut off @ end of test (external temp sensor) Pb, NiCd, NiMH, Lithium, LiPo Dimensions 8.9 x 7.1 x 9.1 cm Weight: 454 g LF 35

DOCUMENTATION GOOGLE « LiPo » FIN Web-sites (« Electrofly », « Le Gallou », « NiCd ») Groupes de discussion, forums http://www.powerstream.com/ FIN LF 36

37 Lithium Ion Cells Anode: Carbon compound, graphite Cathode: Lithium oxide + metal Electrolyte: LiPF6 (HexaFluoroPhosphate de Lithium) Applications: Laptops, cellular phones, electric vehicles Lithium batteries that use lithium metal have safety disadvantages when used as secondary (rechargeable) energy sources. For this reason a series of cell chemistries have been developed using lithium compounds instead of lithium metal. These are called generically Lithium ion Batteries. Cathodes consist of a layered crystal (graphite) into which the lithium is intercalated. Experimental cells have also used lithiated metal oxide such as LiCoO2, LiNi0.3Co0.7O2, LiNiO2, LiV2O5, LiV6O13, LiMn4O9, LiMn2O4, LiNiO0.2CoO2. (Li = Lithium, Co = Cobalt, Mn = Manganese, V = Vanadium) Electrolytes are usually LiPF6, although this has a problem with aluminium corrosion, and so alternatives are being sought. One such is LiBF4. The electrolyte in current production batteries is liquid, and uses an organic solvent. Membranes are necessary to separate the electrons from the ions. Currently the batteries in wide use have micro porous polyethylene membranes. Source : http://www.powerstream.com/ 37