Pillole di FPV - Carichiamo le batterie dei nostri droni FPV

Abbiamo già presentato due tra i migliori caricabatterie attualmente sul mercato, HOTA D6 PRO ed HOTA S6, se vi fosse sfuggito, trovate il post a questo link. Oggi vedremo come usarli per caricare i due tipi di batterie più comunemente usati con i droni FPV, ossia LiPo (batterie a Polimeri di Litio) e Li-Ion o Lion (batterie a Ioni di Litio).

Abbiamo pensato di dividere il post in due sezioni, una operativa per mettere subito a lavoro il nostro nuovo caricabatterie HOTA, e una più teorica che prende in esame i concetti chiave che tutti dovremmo conoscere per gestire le nostre batterie consapevolmente.

Capitolo 1 - A lavoro con HOTA S6!

Esaminando il caricabatterie, vediamo che sulla parte posteriore sono presenti: 

• una griglia di ventilazione che deve sempre rimanere libera da qualsiasi ostacolo al flusso d'aria 

• un connettore in uscita XT60-F per alimentare apparecchi 12V@1A

• un connettore in entrata XT60-M per alimentare in DC il caricabatterie a con una batteria o un alimentatore esterni)

• un connettore in entrata C-13 per l'alimentazione in AC a 220 Volts nella nostra presa Siemens domestica

Colleghiamo quindi il terminale C-13 del cavo di alimentazione fornito col caricabatterie e poi il terminale Siemens (o Schuko) alla presa di corrente a muro.

Il caricabatterie si accenderà e caricherà la schermata iniziale mostrando lo stato di stand-by per entrambi i canali di cui è equipaggiato.

Sulla parte superiore vediamo: 

• alla nostra sinistra un pulsante circolare che ci permette di selezionare il canale in uso e fa da "BACK" quando navighiamo nelle varie voci dei menu

• alla nostra destra invece il rullo rosso che ci permette di navigare tra le voci dei menu, aumentare o diminuire i valori che vogliamo impostare ad un parametro e, premuto, fa da "INVIO" per selezionare una voce da modificare e confermare poi la modifica. 

Premuto per due secondi consecutivi nella schermata di Stand-By permette di accedere alle impostazioni proprie del caricabatterie, dai vari task alla calibrazione dei canali e altre utili "features" quali la Trickle Charge.

Sulla parte frontale del caricabatterie vediamo:

• 2 porte XT60-M per la carica vera e propria delle batterie

• 2 porte JST-XHM fino a 6S per il bilanciamento.

Ciascuna coppia XT60+JST-XH rappresenta un canale di caricamento indipendente dall'altro, ciò significa che con lo HOTA S6 potete caricare 2 pacchi batteria, anche di tipo differente, contemporaneamente o una sola grossa batteria in Sync Charge sfruttando in parallelo la potenza di entrambi i canali e due cavetti paralleli.

Spendiamo un minuto sulle porte, per capire bene come evitare danni: notiamo che gli spinotti XT hanno una forma tale per cui possono essere connessi solo in una direzione, per evitare pericolosissime inversioni di polarità. Nel caso in cui grazie a qualche superpotere riuscissimo ad inserire lo spinotto al contrario, il caricabatterie rileverà l'errore e restituirà un avviso.

Se, pur avendo inserito correttamente lo spinotto, il nostro Hota S6 rileva un errore, c'è la possibilità che lo spinotto di scarica della batteria sia saldato al contrario e potete verificare controllando che il polo positivo, identificato con il cavetto rosso, corrisponda alla parte piana dello spinotto.

Per quanto riguarda invece lo spinotto di bilanciamento, anche questo è strutturato per essere inserito in una sola direzione ma, tanto per non sbagliare, facciamo attenzione che il cavetto rosso punti sempre alla nostra sinistra mentre lo inseriamo nel caricabatterie e che, nella scala numerata riportata subito sopra la porta, corrisponda al numero alle celle della nostra batteria, es. Batteria 4S, cavetto rosso su 4.

Torniamo alla nostra schermata di stand-by e premiamo il selettore di canale una volta per il canale 1, due volte per il canale 2 e una terza volta per tornare allo stand-by; selezioniamo il canale 1 e premiamo il rullo rosso per accedere alle impostazioni del canale, così elencate:

• Select Task: cliccando con il rullo si apre una tendina con l'elenco delle singole funzioni e andiamo subito a selezionare "Charge" per la ricarica bilanciata della nostra batteria.

• Battery Type: clicchiamo e selezioniamo "LiPo" o "LiIon" a seconda del tipo di batteria che dobbiamo caricare.

• Cell Voltage: che viene automaticamente impostata a partire dalla chimica che abbiamo selezionato per la nostra batteria ma può essere modificata entro un certo range di valori sicuri. Raccomandiamo comunque di rispettare i valori tipici, quindi 4.20V/cella per LiPo e 4.10V/cella per Li-Ion.

• Cell Count: il caricabatteria rileverà automaticamente il numero di celle non appena connessi i connettori di scarica (XT) e bilanciamento (JST)

• Current Setting: per le LiPo, verificheremo sull'etichetta la capacità della batteria, dividiamo poi per 1000 quindi se ad esempio abbiamo una LiPo da 1300 mAh: 1300 / 1000 = 1.3A ed impostiamo tale valore. Per le Li-Ion invece divideremo il valore riportato sull'etichetta per 2000 (es: 4000 mAh / 2000 = 2.0A): 2.0A sarà il valore da impostare.

A questo punto saltiamo a Start Task, premiamo il rullo rosso per confermare e lasciamo che il caricabatterie faccia la sua magia.

Il display cambierà colore e mostrerà tutte le informazioni del caso quindi in grande vedremo gli Ampére erogati in accordo con quanto abbiamo impostato ed i mAmpére/ora caricati nella batteria; attenzione, perché a fine carica questi due valori non combaceranno ed è perfettamente normale. Perché? 

Immaginiamo che la batteria sia una bottiglia e il caricabatterie il rubinetto dal quale la vogliamo riempire: gli Ampére vanno pensati come il flusso d'acqua dal rubinetto, più è alto il valore, maggiore sarà il flusso d'acqua, mentre i mAh caricati vanno intesi come la quantità d'acqua che finisce nella bottiglia. Dal momento che non dobbiamo MAI svuotare completamente la nostra batteria-bottiglia, è chiaro che non verrà mai caricata l'intera capacità, ma solo ciò che avremo effettivamente "bevuto".

Tornando al nostro display, subito dopo le indicazioni di corrente e capacità, abbiamo la tensione attuale dell'intera batteria, il timer e le tensioni attuali per ciascuna cella.

Volendo caricare un'altra batteria, premiamo il tasto circolare di selezione del canale in modo da attivare il Canale 2 e ripetiamo tutte le operazioni fatte per il Canale 1, in accordo con le caratteristiche della batteria che andiamo a caricare.

Per vedere contemporaneamente l'andamento di entrambe le batterie, premiamo ancora il pulsante di selezione del canale e avremo lo split screen con le indicazioni di entrambi i canali.

Da evitare, ma qualora avessimo bisogno di interrompere la carica di un canale sarà sufficiente selezionarlo, cliccare il rullo rosso, selezionare "STOP" e cliccare di nuovo.

Al termine della ricarica, il display cambierà di nuovo colore, emetterà un segnale acustico per avvisarci del termine del processo e attiverà la Trickle Charge a cui abbiamo accennato prima, ossia una carica ad impulsi a bassa intensità che manterrà le celle alla tensione ottimale finché non premeremo il rullo rosso per interrompere completamente l'operazione. 

Possiamo ora staccare le nostre batterie ed andare a volare felici e contenti! Per quelli di voi che hanno un account Tik-Tok abbiamo preparato due brevi video, il primo (https://vm.tiktok.com/ZGJmXkxU9/) illustra le operazioni per batterie LiPo, il secondo (https://vm.tiktok.com/ZGJmnPr2N/) è invece dedicato alle batterie Li-Ion.

Capitolo 2 - Because, you know: Science!

Quello che dobbiamo sapere delle nostre batterie, spiegato facile.

Iniziamo con alcune definizioni di base, necessarie per capire le logiche del caricamento delle batterie. 

Questione di chimica.

A nomi differenti corrispondono caratteristiche differenti: limitandoci all'uso quotidiano, diciamo che le batterie LiPo sono leggere, hanno un'elevata densità energetica, sostengono molto bene i picchi di assorbimento tipici dell'uso sportivo o comunque di un volo molto vivace. Preferite dai piloti Racing e Free-Style, sono valide anche nel cinematic FPV accoppiate a motori veloci ed eliche con passo massimo entro i 4" per tutte quelle situazioni in cui il contenuto video deve trasmettere azione ed adrenalina a fiumi. A proposito di motori, troverete utili indicazioni nel nostro post dedicato alla configurazione del vostro nuovo drone.

Altrettanto bene sopportano cariche veloci, in qualche caso anche a 5C (vedremo dopo cosa significa) e sono vendute in una grande varietà di formati e dimensioni.

Le battere Li-Ion invece sono molto più pesanti, le dimensioni del pacco sono vincolate a quelle delle celle di cui il pacco stesso è fatto: comunemente, per il mondo FPV troviamo celle tipo 18650 (18mm di diametro e 65mm di lunghezza indipendentemente dalla capacità della cella) e celle tipo 21700 (21mm di diametro e 70mm di lunghezza indipendentemente dalla capacità della cella) e se da un lato decisamente non vogliono essere "strapazzate", dall'altro forniscono durate di volo da 2 a 4 volte superiori a quella di una LiPo.

Capiamo quindi che la scelta è determinata dal tipo di volo che abbiamo in mente e dal tipo di drone con il quale questo verrà eseguito.

Tensione.

Indicata in Volts (V), la tensione della batteria risulta dalla moltiplicazione del numero di celle per la tensione nominale della singola cella, 3.7V per le celle LiPo e 3.6V per le celle Li-Ion; un pacco-batteria LiPo a 6 celle (o 6S) avrà quindi una tensione nominale di 22.2 Volts mentre una 6S Li-Ion avrà una tensione nominale di 21.6 Volts. Le tensioni da cariche invece sono di 4.2V per le LiPo e 4.1V per le Li-Ion.

La tensione della batteria è legata a doppio filo con il regime di rotazione dei motori che abbiamo a bordo o, al contrario, la scelta dei motori del nostro prossimo drone può essere determinata dal tipo e quantità di batterie che già abbiamo. Potete farvi un'idea dando un'occhiata direttamente ai nostri configuratori per drone 6S e drone 4S.

Capacità.

Si esprime in mAh (milli-Ampére/ora) ed indica quanta corrente la batteria può fornire in un dato lasso di tempo, convenzionalmente 1 ora per l'appunto, o all'inverso in quanto tempo una batteria di data capacità si scarica completamente sottoposta ad un assorbimento costante. 

Abbiamo prima fatto l'esempio della bottiglia e del rubinetto ma facciamone un altro un filo più tecnico e diciamo che sul nostro drone abbiamo una batteria da 2000 mAh e che stiamo volando con un assorbimento costante di 15A: la nostra batteria sarà completamente scarica in 0.13 ore, poco meno di 8 minuti. Attenzione però: questo è solo un esempio per chiarire il concetto, la realtà è molto diversa e comunque un trattamento del genere ucciderebbe la batteria con il rischio di danni anche molto seri. Appunto, non dobbiamo MAI e poi MAI scaricare completamente una batteria al Litio!

Come la tensione, anche questo parametro è comune tanto alle LiPo quanto alle Li-Ion, con però una differenza di ordini di grandezza: le capacità più popolari per le LiPo, nel mondo dei droni FPV, va dai 450-650 mAh delle minuscole batterie per piccoli Cinewhoop, dai 1000 ai 2000 mAh che possiamo montare sui mezzi dai 5" ai 7" fino ai "mattoni" da 4500 a 6000 mAh che vanno sui Cinelifter. Salta all'occhio come la capacità determini le dimensioni di un pacco batteria LiPo.

Discorso leggermente diverso per le dimensioni delle Li-Ion: abbiamo accennato prima che le celle hanno dimensioni fisse indipendenti dalla loro capacità; prendendo ad esempio una delle nostre 6S 4000 mAh 40A, diciamo che si tratta di un pacco a banco singolo, per gli amici "6S1P", composto da celle 21700 di 4000 mAh: a parità di layout avrà le stesse dimensioni di un pacco 6S1P composto da celle 21700 di 5000 mAh. 

Per i pacchi 6S a doppio e triplo banco (identificati rispettivamente come 6S2P e 6S3P), a parità di modello di cella e layout di ciascun banco, una delle dimensioni risulterà dalla moltiplicazione per 2 o per 3 di quella del singolo banco, ad esempio, una 6S2P sarà lunga come due 6S1P montate una dietro l'altra. Potete farvi un'idea confrontando le dimensioni della 6S 4000 mAh 40A che abbiamo visto poco fa con questa 6S 8000 mAh 40A

Nel nostro shop, cliccando quì, potete trovare pacchi Li-Ion da 3000 a 5000 mAh a banco singolo (1P), dai 6000 ai 10000 mAh per i pacchi a banco doppio (2P), dai 9000 ai 15000 mAh per i pacchi a banco triplo (3P).

C.

C-rate, in Inglese. Per l'argomento di questo articolo, prenderemo in considerazione il C-rate per le sole LiPo: deve essere specificato nei dati tecnici del pacco batteria, sull'etichetta o sul sito del produttore come "Charge Rate", ed è sostanzialmente un moltiplicatore da applicare alla capacità nominale della batteria per determinare la massima corrente di ricarica (e quindi il tempo) con cui può essere "nutrita" la batteria durante le cariche veloci di cui accennavamo prima. 

Quindi se la nostra batteria LiPo riporta un Charge Rate di 5C ed è una 6S 1100 mAh, vuol dire che occasionalmente può essere caricata a 5.5A. "Occasionalmente" vuol dire che non deve essere un'abitudine perché tanto la sovraccarica quanto la sovra-scarica danneggiano la batteria e sono assai pericolosi.

Le moderne LiPo sostengono anche fino a 5C, come detto prima. Il parametro ci da anche un'idea del tempo in cui la batteria verrà caricata quindi se caricando ad 1C (batteria da 1200 mAh, carica a 1.2A) il tempo di carica sarà X, caricando a 2C il tempo sarà X/2, a 3C X/3 e via dicendo; di contro, caricando a 0.5C (batteria da 1200 mAH, carica a 0.6A), il tempo di ricarica sarà X*2, caricando a 0.4A, cioè 1/3C, il tempo di ricarica sarà X*3, etc.    

Le batterie Li-Ion invece vanno caricate sempre a 0.5C, ossia la metà della capacità nominale. Naturalmente, caricarle ad 1 o 1.5C non le ucciderà ma sicuramente ne intaccherà la chimica, riducendone prestazioni e durata nel tempo. Se la corrente di carica per una Li-Ion è sempre di 0.5C, in quanto tempo si caricherà un pacco da 4000 mAh? E uno da 8000 mAh?

Più interessante ed importante per un utilizzo corretto e sicuro del pacco-batteria è il Discharge Rate. Per le batterie LiPo è ugualmente identificato con C ma accompagnate da una cifra più alta rispetto al Charge Rate, dai 25C fino ai (dichiarati) 200C. Il suo omologo per le batterie Li-Ion si definisce valore A.

Si tratta di un parametro che però al momento accenneremo solamente dicendo che di base entrambi indicano la massima intensità di corrente erogabile dalla batteria restando in sicurezza ma fornisce anche altre informazioni importanti sulla durata della batteria in volo e questo, la scelta tra pacco LiPo e pacco Li-Ion o di una combinazione dei due tipi di batterie sono tutti punti correlati al tipo di droni che abbiamo nella flotta, al loro setup e al tipo di volo che con essi faremo, indipendentemente se da piloti hobbisti o creatori di contenuti professionisti; approfondire  questi argomenti sarebbe interessante e meriterebbe un articolo a sé, come lo merita sicuramente una disamina approfondita delle varie funzioni dei caricabatterie HOTA, alcune anche molto utili come la "Sync Charge" o la funzione di recovery delle celle in bilanciamento o "Ricarica Rigenerativa"

Scriveteci quindi su Whatsapp cliccando sul logo in basso a destra di questa pagina o a info@farinsframes.com e diteci se volete un articolo approfondito su questo argomento nel nostro blog.

Siamo quindi giunti al termine di quest'altro viaggio che, ci auguriamo, vi sia soprattutto utile.

Alla prossima sul blog di www.farinsframes.com