Batterie ai Polimeri di Litio, dette anche LiPo sono veramente pericolose?
Sapete che faccio parte dello Hyundai Club Italia e proprio in questi giorni leggevo di una “paura” da parte di un utente che parlava di batterie ai LiPo.
In molti su internet hanno visto batterie esplodere, come in questa bici elettrica
Ci sono stati casi anche di batterie di telefoni che sono scoppiate, come alcuni casi di Iphone…
La paura è più facile da divulgare della verità
O meglio si tratta di una mezza verità, approfondiamo meglio alcuni aspetti tecnici senza farsi prendere dal panico: le batterie al LiPo scoppiano ma solo se ci sono particolari condizioni.
Un cenno però a quali tipologie di batterie ci sono al litio.
Litio standard ( Li-ion ), le più diffuse e certamente le più economiche. Si scaricano profondamente e si caricano velocemente, ma il livello di scarica consigliato è basso per una durata della stessa (Max 1-2C, quindi se ho 1 Ampere nominale posso scaricarlo a 2 Ampere massimo).
Permettono di fare fino a 3-4000 cicli di ricarica se utilizzate correttamente, raramente meno di 1000, hanno la possibilità di scaricare fino all’80% della loro carica senza danneggiarsi e non hanno effetto memoria.
Bassissima autoscarica.
Li-po (polimeri di litio) – sono economiche, permettono una rapida scarica ed una altrettanto rapida carica, hanno la capacità di fornire anche 25-40 volte la capacità di carica in modo impulsivo senza danneggiarsi, ovvero se hanno 1 Ampere di carica accumulabile possono arrivare a scaricare fino a 40Ampere impulsivi.
Ovviamente più si pretende, più breve sarà la vita della batteria.
Quindi piccoli pacchi batteria possono fornire grandi correnti per breve tempo.
Le caratteristiche di carica e memoria sono le stesse delle Li-ion.
LiFePo4: le batterie migliori e sicure sono indubbiamente queste
Durata eccellente, resistenza eccellente, ma ovviamente costi elevati e costruzione ancora da perfezionare.
Le celle al litio-ferro-fosfato garantiscono una scarica esagerata, una autoscarica praticamente assente, una serie di cicli completi di carica/scarica elevati (>2000 ma credo anche >3000) e soprattutto permettono di scaricare l’energia accumulata fino al limite del 95% contro circa l’80% reale delle Lipo e appena il 40-50% delle classiche piombo ad acido libero (non le AGM che hanno prestazioni leggermente superiori).
Tanto per avere un’ordine di idee una batteria al piombo può essere 10 volte più grande e pesante di una equivalente LiPo per fornire una data energia e dopo appena 3-400 cicli di carica può essere da buttare.
Le piombo costano poco ma rendono anche molto poco.
Ma cerchiamo di capire di più dalle batterie che oggi sono le più abbordabili in termini assoluti di prezzo e resa.
Batterie ai polimeri di litio – LiPo
Le lipo hanno caratteristiche interessanti ma vanno gestite bene perchè sono a rischio incendio se progettate male ed economiche.
Ho sperimentato questo loro problema su batterie da modellismo di piccole dimensioni.
La mia esperienza è su più batterie “cinesi” di bassa qualità targate 0,750mA ma probabilmente erano tarocchi da 0,6mA come molte altre ho visto: caricandole con un caricabatteria semi professionale impostato a 0,7A (meno di quanto è di targa) ha assorbito immagino il 15% in più della carica normale per cui si sono gonfiate ma non sono esplose.
Per esplodere devono sussistere varie condizioni, tra queste:
- eccesso di carica: si deve immettere molta più energia di quanta ne può gestire e per un tempo prolungato.
- surriscaldamento: si sfrutta la batteria oltre le sue capacità e il sistema di regolazione non interviene a limitarne l’uso.
- foratura con corpo contundente e contatto con l’ossigeno.
Riprendendo i casi di batterie scoppiate mi ricordo un ciclista che aveva il telefono in una tasca dei pantaloncini e cadendo è atterrato proprio sul telefono che si è danneggiato gravemente rompendo anche la batteria.
Il mio telefono è invece andato in allarme imponendomi di togliere immediatamente la batteria per surriscaldamento: lo avevo lasciato sul sedile dell’auto sotto il sole (Aveva ragione!)
IMPORTANTE: non forate mai una lipo, soprattutto se carica, inizierà a fumare e poi si incendierà causando dei grossi problemi/danni e rischierete la vs. salute.
Batterie Lipo per autotrazione
L’uso di Lipo è oggi utilizzato oltre che da Hyundai anche da Porche (Cayenne S E-Hybrid), Toyota probabilmente ha iniziato ad usarla dal 2016 e molte marche di auto stanno oggi sostituendo le vecchie NiMh con le Lipo.
La posizione dove sono installate nelle auto è protettissima, per cui in caso di incidente se dovessero esplodere, bhè… non vi interesserà gran che poichè sarete già andati altrove da un pezzo (incrociamo comunque le dita in gesto scaramantico).
Le batterie possono scaldare se sottoposte ad intenso utilizzo… ma in genere non arrivano a livelli critici perchè entra in azione il sistema di sicurezza con by-pass della trazione dal motore elettrico al motore termico, quindi l’elettronica le protegge da queste eventualità.
In alcune auto è installato un vero e proprio sistema di raffreddamento (come per il Porche) per evitare detti problemi.
Eccesso di carica… direi che non ci si arriverà mai perchè la quantità di carica generata dall’auto o anche tramite le colonnine (plug in) non sarà mai oltre la capacità delle batterie stesse!
Infatti la carica media è al massimo fino alla capacità nominale delle celle.
Batterie nel modellismo
Le cose qui cambiano drasticamente, anche perchè la tecnologia a disposizione viene sfruttata per ottenere grandi potenza con dimensioni sempre più piccole e spesso ci sono caricabatterie inadeguati (es: i caricatori usb) o modellini di bassa qualità che assorbono energia fino a che possono mettendo sotto stress le batterie.
Alcune volte gli appassionati sbagliano tipo di batteria o vanno sull’economia pura tralasciando la qualità.
Talvolta lo spazio a disposizione è talmente risicato che il raffreddamento è minimo.
In quei casi dove viene assorbita un’energia notevole in poco tempo, tenendo chiuse le batterie, queste surriscaldano in maniera evidente.
Il rischio rigonfiamento è molto elevato.
TIPS: ATTENZIONE ALLE BATTERIE GONFIE, ECCO COSA FARE
Se la batteria gonfia è importante ridurre la tensione interna (è generalmente sigillata con un involucro metallico) ma NON DOVETE FORARLA (pena l’esplosione!).
Applicate invece un carico resistivo, come una lampadina a filamento (la migliore cosa) come quelle delle auto, esempio una freccia, oppure un motorino da modellismo, al fine di poterla scaricare.
Una volta scarica non sarà più a rischio e potrete buttarla via negli appositi contenitori per batterie.
CARATTERISTICHE LiPo:
Alta scarica nominale (nel modellismo si arriva anche a 100 volte il nominale ma il classico è il 20/40C).
Batterie di buona qualità non sono mai sotto il 30C ovvero se possono erogare 1A possono avere spunti per brevi periodi anche 30Amp… immagino che le batterie da auto possano e siano progettate per reggere anche oltre i 50C.
Alta capacità di ricarica: come si scaricano possono anche caricarsi rapidamente, normalmente si devono caricare a 1C, ma sopportano spesso ricariche di 2-4-10C (fast charge) ma ovviamente sono sempre sconsigliate pena una riduzione della vita media della batteria stessa.
Alta capacità di scarica globale: possono arrivare tranquillamente anche all’80% della loro capacità nominale senza “EFFETTO MEMORIA” (cosa presente ma poco incidente nelle batterie al NiMh, estremamente presente nelle vecchie e oramai scomparse NiCd che occasionalmente necessitavano di un ciclo di scarica completa e forzata per ridurre l’effetto memoria).
Nota: l’effetto memoria fa si che la batteria risulti subito carica (come tensione e come capacità di assorbire corrente) ma sotto assorbimento scende subito di tensione.
Perchè si usano le LiPo?
Garantiscono una buona tenuta della carica (bassa scarica se l’auto sta ferma), e a parità di prestazioni sono vantaggiose in “VOLUME” e in “PESO”.
La tecnologia LiPo è ottima quindi, ma l’elettronica deve tenerla sotto controllo.
Infatti per evitare che la singola cella “surriscaldi”, e abbia un funzionamento anomalo durante il lavoro attivo, durante il processo di carica delle LiPo multicella il caricatore controlla tutte le celle distintamente e usa un sistema “di bilanciamento” per ottenere da tutte le medesime prestazioni (BMS o PCM).
In caso di guasto o anomalia il sistema avverte ed indica con precisione quale cella ha il problema e potrebbe chiederne la sostituzione senza necessariamente sostituire le altre.
Forse è necessario aver più timore di girare con le auto a benzina che a batteria: in caso di fortissimo tamponamento il serbatoio, che molti modelli hanno in plastica, può far scoppiare o bruciare l’auto.
Spero che possiate approfondire meglio cercando sulla rete e che il mio sia stato un interessante punto di partenza.
Di seguito chiudo con una interessante tabella, tratta da wikipedia:
| Tipologie di batterie | Piombo Acido | NiCd | NiMh | LiCo (Li-Ion o Li-Po) |
LiMn (Li-Ion) |
LiFePo4 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Anno di commercializzazione | 1956 | 1990 | 1990 | 1992 | 1997 | 2004 |
| Sicurezza | Buono | Buono | Buono | Pessimo | Quasi buono | Eccellente |
| Prodotto Green | No | No | Si | No | Si | Si |
| Carica a temperature elevate | Buono | Buono | Mediocre | Quasi buono | Pessimo | Buono |
| Effetto memoria | No | Si | Ni (molto ridotto) | No | No | No |
| Tensione nominale | 2V | 1.25V | 1.25V | 3.7V | 3.7V | 3.3V |
| Densità di potenza (mA/g) | ND | ND | ND | 140-160 | 105-110 | 160 |
| Densità di energia (Wh/kg) | 30 | 57 | 80 | 167 | 110 | 115 |
| Potenza di Start Up (W/kg) | 300 | 400 | 600 | 900 | >500 | >2>500 |
| Cicli di vita (scarica 1C) | 400 | >500 | >500 | >>500 | >>500 | >2000 |
| Vita in servizio (uso continuo) | 1-2 anni | 3 anni | 3 anni | 2 anni | 2 anni | 5-6 anni |
| Efficienza di carica | 60% | 75% | 70% | 90% | 90% | 95% |
| Tempo di carica (ore) | 8 | 1.5 | 4 | 2-4 | 2-4 | 0,25-1 |
| Autoscarica (mensile) | 20% | 15% | 30% | 10% | 10% | 0,8% |
