Desvendando as baterias LiFe A123 M1 - By Cassio Mikulski, editado por MadfoX do Aerotaguá

Bem, já fazia algum tempo que eu queria escrever algo para esclarecer o que são, como se usa em aeromodelos, como se carrega e demais assuntos correlacionados com as células LiFe A123 M1 2300 mAh.

O que será abordado aqui é praticamente tudo que um leigo precisa saber para entrar no mundo das LIFEs e é fruto de muito estudo e leitura na net. Espero que possa ajudar.

[N.E.: O documento original do Cássio Mikulski aborda apenas Helimodelos, eu estou alterando o documento para Aeromodelos Elétricos e Glow]

OBS.: TUDO O QUE FOR TRATADO AQUI APLICA-SE SOMENTE ÀS
CÉLULAS LiFe A123 M1 2300 mAh!!! NÃO TENTE CARREGAR,
DESCARREGAR, UTILIZAR, MANIPULAR E ARMAZENAR LIPOS  E/OU
OUTRAS CÉLULAS GENÉRICAS DE LiFePO4 DA MESMA FORMA  QUE
APRESENTO AQUI.

 Diferenças entre LIPOs e LIFEs

 Acredito que a primeira coisa que precisa ser esclarecida são as diferenças entre as Life
e as LiPo:

LiPo	LiFe
Danifica-se se suas células forem descarregadas abaixo de 3,0V	Podem ser descarregadas até 0,0V que não sofrem danos.
Devem ser carregadas no máximo a 1C (embora fabricantes de Lipos de qualidade afirmem que suas Lipos possam ser carregadas até 3C)	Podem ser carregadas até 5C sem perda de vida útil e até 8C com redução de vida útil (mais tarde tocaremos no assunto novamente)
Lipos de qualidade e muito bem cuidadas (carregadas a no máximo 1C) afirmam que duram até 200 cargas	Lifes bem cuidadas duram até 1000 cargas e se forem mal tratadas duram cerca de 500 cargas.
Se carregadas com tensão excessiva ou corrente excessiva ou com algoritmo de carregamento inadequado podem explodir	Baterias Life não explodem.
São tóxicas, seu conteúdo contém além de Lítio (que não é tóxico), componentes bastante tóxicos (mercúrio e etc)...	Não são tóxicas
Baterias de ótima qualidade suportam até 30C de descarga máxima contínua.	Descarga contínua máxima de 20C
O peso varia dependendo da capacidade de descarga, mas uma média seria algo em torno de 55g por célula	Peso de cerca de 70g por célula
Tensão nominal 3,7 Volts	Tensão nominal de 3,3 volts
Estufam com o passar do tempo	Não estufam.
Aconselha-se a não consumir mais de 80% da capacidade da LIPO.	Podem ser esgotadas totalmente sem perda de vida útil.
Somente podem ser carregadas com carregador de Lipos	Podem ser carregadas sem carregador específico (assunto será detalhado posteriormente)
Precisam ter suas células balanceadas para que não sofram perda de vida útil.	Não precisam ser balanceadas, as células de A123 tendem a se balancear sozinhas com a utilização.

Olhando estes comparativos pode-se dizer que as LiFes são “tudo de bom”, mas num

mundo onde as LiPos comandam existem problemas de utilização tendo em vista que

os aeromodelos em geral, tem sua eletrônica e estrutura preparada para trabalhar com LiPos:

•  Para aviões pequenos, existe o problema de acomodação, onde é difícil acomodar as células grandes, cilíndricas e pesadas das LiFes.
• Os motores, os ESCs, a proteção de bateria dos ESCs, e as hélices todos são projetados para LiPos

Aliado a isso temos a dificuldade da resistência dos usuários em migrar para uma
tecnologia nova e da necessidade de, muitas vezes,  fabricar-se artesanalmente as
baterias a partir de células compradas avulsas na internet.

 A queda de tensão sob cargas das LiFes

Não vou postar gráficos de queda de tensão de LiPos aqui, pois já estamos carecas de
saber como se comportam...

 Acredito que um dos maiores problemas de utilizar-se baterias LiFe seja a queda de
tensão do Pack sob altas descargas, vejamos a figura abaixo:

Os que voam aeromodelos elétricos sabemos que a velocidade de nossos motores
elétricos é dada em Kv, ou seja, RPM para cada volt aplicado nos seus terminais.

Vamos tomar como referência as seguintes baterias abaixo, uma ThunderPower (LiPo 2200Mah 30C) e uma

A123: 

Tipo	Config	mAh	Descarga	Peso(g)	Vmax	Vnom	Vrecarga	VpicoMin
LiPo	3S1P	2170	25C/50C	180	4.2	3.7	3.5	3.2
LiFe	3S1P	2300	16C/33C	230	3.6	3.3	2.7	2.5

Exemplo:
Vôo com esta LIPO acima e gostaria de mudar para LIFE, o que devo modificar?

Segundo os gráficos que consultei, um motor de 3600kv sob uma descarga continua de uns 32A teríamos
aproximadamente a LiPo a 3,6 volts e a LiFe a 2,7 volts, assim para uma troca de
bateria direta sem modificarmos nada, teríamos uma queda de RPM de:

((3,6-2,8)/3,6)x100=22,22%

O que posso fazer para revolver isso? Basicamente posso, em ordem do mais barato
para o mais caro:

•  aumentar o passo da hélice em 22,22%
•  aumentar a voltagem total em 22,22%
•  aumentar o Kv do meu motor em 22,22%

Aumentar o passo da hélice talvez não fosse a melhor opção pois, embora a velocidade do avião possa se manter igual, o motor irá consumir muito mais sob um regime de torque mais elevado.

Aumentar a voltagem total significaria aumentar em uma célula a bateria. Isso adicionaria mais peso e consequentemente pioraria o desempenho do avião...

Poderia trocar o motor, se meu motor fosse de 3600Kv eu poderia passar para 4400Kv:
((3700-4200)/3700)x100=22,22%

Claro que esses todos cálculos são aproximados, pois a tensão de trabalho, a corrente, os
rendimentos e as perdas seriam diferentes, mas já podemos ter uma idéia de como
poderíamos migrar de LiPo para LiFe, pelo menos em termos de RPM.

Outro ponto que precisa ser observado é se o meu ESC vai poder trabalhar com LiFe,
digo isso em relação ao sistema de proteção de bateria utilizado, visto que nenhum
ESCs atualmente no mercado foi feito para LiFe e sua tensão de trabalho mais baixa.
Pela minha experiência com LiFes, o ideal é desabilitar ou deixar a tensão de corte o
mais baixo possível, vejamos:

Eu uso um ESC Xing-ling que comprei na net:
http://www.dealextreme.com/details.dx/sku.11981 e ele está funcionando muito bem
com a LiFe 3S1P, possibilitando que eu esgote totalmente a carga do Pack sem que ele
comece a cortar. (Lembre-se que ao tentar fazer isso com uma LiPo, você simplesmente a destruiria, pois sua tensão nunca pode ir a zero!)

Eu uso o ESC stock com um Pack LiFe 6S1P, configurado para corte
médio, ou seja 3,0volts por célula, mas esses são 3,0 volts por célula de LIPO e quando
conecto meu Pack de LiFe o ESC pensa que é um Pack  5S1P de LIPO que foi
conectado, vejamos porque:

LiPo 5S totalmente carregada: 5 x 4,2 volts = 21,0 volts
LiFe 6S totalmente carregada: 6 x 3,6 volts =  21,6 volts

Assim o meu ESC vai começar a cortar com:
3,0v x 5 = 15 volts
e 15v/6 células de LIFE = 2,5 volts por célula 

Vamos observar as curvas de descarga de uma célula LiFe A123 na figura abaixo:

Nesta figura vimos que com uma tensão de 2,5 volts a célula está praticamente descarregada, então poderemos voar sem sermos incomodados pelo corte do ESC.

Vale ressaltar que a bateria LiFe quando sob alta descarga apresenta uma queda de
tensão abrupta, restando muito pouco tempo para pousar após você sentir que o motor
começou a perder força. Em meus vôos observei que esse tempo é entre 3 e 5 segundos,
exigindo uma aterrissagem forçada, então procure testar o tempo de duração da bateria
LiFe para o seu estilo de vôo e controle no timer do rádio, deixando uma folga para um
pouso com segurança.

 Sobre a recarga, basicamente pode-se concluir que para descargas até 13C (30A) as células de LiFe tem
uma vida útil estimada de cerca de 500 recargas, nestas condições a célula trabalhará a
cerca de 140ºF (60ºC).
Para se ter uma idéia, 140ºF é a temperatura máxima de operação indicada para uma
LiPo, inclusive a capacidade nominal de descarga de uma LiPo é calculada com base
nos 140ºF, se a medição de temperatura de sua LiPo ultrapassar 140ºF é sinal que você
está com taxa de descarga acima no máximo permitido. 

Carregando sua LIFE

Células de LIFE podem ser carregadas com até 5C de corrente e até 4,2 volts de tensão
sem danificar-se, embora suportem cargas de até 8C com um pouco de diminuição na
sua vida útil.

Para 5C temos: 5 x 2300mAh = 11,5A
Para 8C temos: 8 x 2300mAh =  18,4A

Outro fato interessante é que um Pack de LiFe praticamente não precisa ser balanceado,
pois suas células tendem a se balancear sozinhas com o uso do Pack. Meu Pack 3S1P
nunca foi balanceado e até agora e nas medições de tensão individual das células que fiz
elas estavam sempre balanceadas, com uma diferença nunca superior a 0,02 volts entre
a célula de maior tensão e a de menos tensão.

Considerações finais 

Atualmente a utilização de LiFes é mais difundida em helimodelos elétricos de grande
porte, trabalhando com sistemas de alta tensão de muitas células em série, já vi T-rex
600 com A123 16S1P! Nestes casos é necessário substituir o motor e o ESC stocks por
motores e ESCs de alta tensão, nesta condição teremos condição de setups adequados
para 3D!!!

 Espero que este post ajude a esclarecer as dúvidas sobre as "novas" baterias de Lítio-Ferro-Fosfato (LiFe), que ainda são meio que desconhecidas de todos.

Lembrem-se sempre que uma bateria LiFe se comporta mais como uma NiCd, e uma bateria LiFe de duas célula (2S1P) pode perfeitamente substituir a bateria padrão do seu avião glow com excelentes resultados!

Lembrem-se também que as baterias LiFe não são a última novidade em baterias! Estão a caminho as baterias LiAl (Lítio-Alumínio) e as baterias de Sal Fundidas sob pressão. Estas duas baterias são mais robustas, mais leves, suportam cargas de até 20C... Mas ainda estão em pesquisas.

Por hoje é só.. Abraços a todos!