Introducción

Uno de los componentes mas importantes de un aeromodelo a radio-control son las baterías, estas suministran la tensión y energía necesaria para su correcto funcionamiento.

Al principio se usaban elementos recargables de Ni-Cd, estos debido al efecto memoria, fueron sustituidos posteriormente por los de Ni-Mh que no tienen efecto memoria y son los de Ni-Mh los que se usan en la actualidad junto con las LiPo.

En las baterías de LiPo hay una relación directa entre su tensión y la corriente que tienen almacenada, siendo muy fácil saber que capacidad les queda en función a la tensión que mida un tester, incluso hay tablas que te indican tensión y %.

Sin embargo en las baterías de Ni-Mh no hay relación directa y solo podemos hacer una estimación aproximada, pero sin garantías de que realmente quede lo que hemos estimado.

Test descarga baterías Ni-Mh y capacidad restante

He realizado unos test de descarga con diferentes pack, para relacionar tensión y corriente acumulada, lo que me da una idea aproximada de como esta cada batería en función a su tensión.

Tablas de Test realizados con diferentes pack de baterías.

El primer test esta realizado con un pack realizado con elementos de Ni-Cd de 1,2v y 1100mAh, de carga rápida que tiene ya un tiempo y ha perdido una parte de su capacidad original, el segundo test esta realizado con un pack realizado con elementos de Ni-Mh de 1,2v y 2000mAh estandard, los test 3 y 4 esta realizados con elementos panasonic eneloop y eneloop pro, marca de calidad y prestaciones reconocida, una anotación el pack de Eneloop que tiene mezclados elementos Eneloop con los Eneloop pro es porque solo me quedaban 3 de un tipo y me regalaron 2 del otro tipo (al estar en serie tienes la capacidad del elemento con menos capacidad), como norma que todos los elementos sean del mismo tipo y capacidad.

Cada tipo de pack ha tenido un comportamiento diferente, pero como conclusión podemos establecer que cuando la tensión medida por el sistema de telemetria de la emisora, de la batería que alimenta el receptor y los servos, da una lectura de 5.8v en un pack de 5 elementos, lo recomendable es aterrizar de inmediato por seguridad. Dependiendo de la capacidad del pack y consumo del aeromodelo, puede que el valor este en el margen 5.8-6.0v, teniendo en cuenta que no es bueno descargar casi completamente las baterías y ademas de por seguridad, yo dejaría el valor mínimo en 5.8v y solo en determinados casos en los que el consumo sea bajo, lo dejaría en 5.7v y siempre que al testear el pack, nos de una capacidad de al menos el 10% a 5.7v.

En mis tablas he definido varios colores teniendo en cuenta un consumo medio a la hora en vuelo, de entre 500-700mA, de mis dos veleros Eraser 2000 de F3B y Factor de F3F (con 6 servos cada uno de ellos), para otros consumos y modelos habría que definir unos rangos diferentes.

De tal manera que he calculado que necesito disponer de un mínimo de 200mA y un máximo de 400mA, para poder volar durante al menos 15 minutos y aterrizar, marcado con amarillo y que me indica en que valor poner el aviso de tensión para batería baja, la zona verde para una capacidad de la batería mayor a 400mA que me permite realizar al menos un vuelo de unos 30 minutos y en rojo cuando queda menos de 200mA y por lo tanto hay que aterrizar inmediatamente si se esta volando, niveles de tensión comprendidos en zona amarilla o roja indican no realizar vuelos y proceder a cargar el pack de baterías.

Estas tablas que he realizado se pueden utilizar como referencia a nivel general, pero como no hay dos pack iguales y tratándose de Ni-Mh que no hay una relación directa entre tensión y capacidad restante, lo mejor es que cada uno realice su propio test y saque la tabla de su paquete de baterías.

Como realizar un test para relacionar tensión y capacidad a nuestro pack de baterías

Saber cuanto nos durara la batería en nuestro aeromodelo, cuanto tiempo podemos volar y con que tensión no volar, es fácil de saber, se necesita un cargador que te diga cuanto le ha metido al pack al cargar y cuando ha descargado en el reciclaje indicando una tensión donde parara la descarga.

Cargador Imax B6

Para realizar la tabla cargamos el pack a su capacidad nominal, ponemos el cargador en modo descarga ajustado a 400mA (este valor lo he puesto así porque es lo que he calculado que puede consumir el velero en un vuelo de 45′ de duración) y la tensión mínima de descarga la ajustamos a 5.3v (valor elegido para esta prueba para saber lo mas exactamente la capacidad total, no es recomendable descargar las baterías por debajo de 1,1v por elemento de forma habitual), realizamos tandas de descarga de 45 minutos y vamos anotando para cada valor de tensión cuanta corriente ha descargado, como no hacemos una descarga continua hasta los 5.3v, tendremos que ir sumado los valores descargados en tandas anteriores, finalmente cuando llegue a 5.3v, el total de corriente descargada si no coincide con lo que hemos cargado, sera un valor cercano (la diferencia debería de ser pequeña) y así tendremos nuestra tabla para el pack de baterías testado y tendremos una referencia de donde poner el aviso de tensión para batería baja para este pack en concreto.

Como saber que consumo tiene nuestro aeromodelo en vuelo

Lo que se hace es cargar el pack y si le has metido 2000mA lo anotas, vas a volar y anotas el tiempo de vuelo, supongamos que has volado 1h, yo normalmente hago vuelos de 30 minutos de duración que incluyen algo de entrenamiento F3F y dos aterrizajes usando frenos que demandan un alto consumo, cuando llegas a casa descargas el pack hasta 1.1v por elemento (el pack de 5 elementos, hasta que se descargue a 5.5v, a este valor queda menos del 5% de capacidad, la batería estará prácticamente descargada, la descarga total teórica es a 1.0v por elemento o 5.0v del pack, de normal no es recomendable hacer descargas hasta 0mA de capacidad, ni hasta 5.5v y en uso normal se puede descargar hasta por ejemplo 5.7-5.8v para no descargarlas totalmente), si ha descargado 1400mh y luego en carga vuelve a meter los 2000mA, ya sabemos que el día del vuelo y en función al vuelo que hemos realizado, ha tenido un consumo medio de 600mA, en este caso durante 1 hora, luego es dividir la capacidad de la batería entre el consumo medio en una hora y tendremos cuantas horas nos da para volar el pack de baterías, como tenemos que dejar una capacidad sin usar del 10-15% por seguridad, el tiempo sera algo menor, pero tendremos una idea de cuanto nos dura en condiciones normales.

Si hacemos vuelos con un uso intensivo de los servos, por ejemplo vuelos de entrenamiento de F3F, hacemos lo mismo pero con este tipo de vuelo y así tendremos el consumo con un vuelo mas agresivo.

En mi caso los consumos con el F3F (Factor) y el F3B (Eraser 2000) con cola en V y que llevan 6 servos, me da un consumo medio por hora de entre 500-600mA con una parte de vuelo tranquilo y otra con algunas tandas de F3F de entrenamiento e incluyen dos aterrizajes con uso de frenos en butterfly (bajan flaps, suben alerones y se compensa con profundidad, con lo que actúan los 6 servos del velero).

Extracto de mi tabla de control de baterías

Dependiendo de la capacidad de la batería, tipo de vuelo y maniobras realizadas, pueden variar los consumos y tiempos de uso, pero a modo orientativo pueden valer, ya se ve que en el Factor (con servos Corona CS238MG(2) y CS239MG(4)) y Eraser (con servos Voltz Micro Max.(2), Emax ES3054(2) y Hitec HS-85MG(2)), el consumo esta dentro del margen 500-600mA/h.

Así por ejemplo con las Eneloop pro de 2500mA se que tengo sin problema para unas 3h de vuelo (6 vuelos de 30′), siempre que no sean vuelos cañeros o con mucho viento, quedando un remanente de al menos 500mA, de todas maneras tengo aviso en la emisora, si la tensión se mantiene por debajo de 5.9v más de 5s (lo de los 5s es porque hay maniobras que si entran en juego todos los servos puede haber una caída momentánea por consumo por un periodo breve que me falsee el valor real), entonces aterrizo, de 5.9v hasta la descarga total tengo mínimo para otros 10-15′ de vuelo (para el caso del pack con eneloop), tanto no se tarda en aterrizar y me tendría que pasar en vuelo, que si antes de lanzar ya esta en 5,7-5.8v para las baterías normales y 5,9-6.0v para las Eneloop, no vuelo más por seguridad.

Resistencia interna del pack y como afecta al funcionamiento de la electrónica

Este es un parámetro que no se suele dar en las características generales del acumulador o del paquete si se compra echo o que no solemos tener en cuenta, pero que es muy importante y es muy importante porque una resistencia alta en el pack de baterías, producirá una caída de tensión alta, lo que según el voltaje inicial del pack y el voltaje final tras la caída de tensión, derivada de un alto consumo de los servos como resultado de una maniobra, en la que entren todos los servos en funcionamiento a la vez, ocasione un reseteo del receptor o que momentáneamente los servos dejen de funcionar, con la consiguiente perdida de control y que según maniobra realizada, lugar (supongamos muy cerca del acantilado en caso de un velero de ladera) y tiempo que dure, pueda desembocar en un accidente.

Hay instrumentación e incluso cargadores que miden la resistencia interna del pack de baterías, pero si no disponemos de esta instrumentación, podemos calcular de forma casera la resistencia interna de nuestro pack de baterías.

La forma casera en como mido yo la resistencia interna de mis pack de baterías es la siguiente:

  1. Una vez cargado el pack, espero a haber volado una tarde o le hago una descarga de al menos el 30-40% de su capacidad.
  2. Conecto el pack de baterías al cargador Imax B6 y lo pongo en modo descarga, selecciono 400mA y fijo la tensión de corte en 5,5v, ademas conecto en paralelo un tester digital.
  3. Mido la tensión del pack por medio del tester y la apunto (le llamaremos V1).
  4. Activo la descarga y cronometro 15 segundos, a los 15 segundos, apunto la medida de tensión que marca el tester (la llamaremos V2).
  5. Para el calculo se utiliza la siguiente formula, donde Ri sera la resistencia interna del pack: Ri=(V1-V2)/ 0,4A, el resultado es un valor en ohmios, que deberá ser inferior a 1 y mas concretamente inferior a 0,5 para consumos de 3A o mas para el tiempo al que hemos calculado la resistencia.
  6. Sabiendo la resistencia interna del pack, se puede calcular cuanta corriente puede dar la batería en un instante determinado por un máximo de 15s, para una caída de tensión determinada, lo de 15s es el tiempo máximo que suelo tener activados los frenos en un aterrizaje, si se mide menos tiempo dará una resistencia menor (creo que la maniobra que mas consumo tiene es el frenado en el aterrizaje y ademas la que mas tiempo dura), aquí el calculo seria el siguiente: Imax=(Vi-Vf)/Ri, donde Vi seria el voltaje de la batería con un consumo normal, yo la fijo en 6.0v aunque lo normal es que el valor sea superior (por debajo de 6.0v lo recomendable seria dejar de volar y poner a cargar el pack), Vf el voltaje mínimo permitido (yo lo fijo en 4.4v, que es un voltaje que permite el funcionamiento de servos y receptor con seguridad), Ri la resistencia interna del pack para un consumo sostenido de 15s.

Tabla de cálculos de algunos de mis pack

Estos datos que obtenemos son una estimación, en vuelo de ladera no suele haber maniobras que duren un periodo tan largo como 15 segundos, en las que actúen todos los servos y ademas con un consumo alto, dependerá mucho de cuanta deflexión realicen las superficies de control, la velocidad del velero, el viento en ese momento y la resistencia ejercida, puede ser que calculemos 0,4 ohmios como valor máximo y al testear el pack nos de 0,6 ohmios y sin embargo en vuelo no tengamos ningún problema, ya sea porque no hay tanto consumo como el que hemos previsto, el tiempo en que la demanda de corriente sea alta es menor, no estén todos los servos funcionando a pleno rendimiento o simplemente la caída de tensión no sea tanta como la que teníamos prevista o aun siendo mayor a la prevista siga funcionando la electrónica, mis cálculos tienen como valor de tensión mínimo 4.4v, pero por ejemplo la tensión de funcionamiento de un receptor de Frsky es de 4.0v hasta 10v y los servos que he probado a 4.0v también funcionaban correctamente, un voltz analógico antiguo y un moderno corona CS239MG (que especifica una tensión de funcionamiento de 4.8v o 6v).

El usar pack de 5 elementos y 6v se solía poner para tener mas velocidad en la respuesta de los servos y que movieran mas kg (en las característica ya se especifica que a 6v dan mas kg y son mas rápidos), pero este tema de la resistencia interna es otro motivo para usar 5 elementos, siempre claro esta que los servos lo soporten y tengamos cuidado si el paquete esta recién cargado (un pack de baterías eneloop de 6v se va fácilmente a los 7.3v recién cargado en medición en vació), ya que tendremos mas margen ante caídas de tensión por efecto de la resistencia interna de las baterías.

Enlaces de interés:

Consideraciones pack 5 elementos (6v) y servos con tensión de funcionamiento 4.8v-6v

Cuando usamos pack de 5 elementos (6v nominales), la tensión que da el pack no es 6v, con la batería recién cargada puede llegar fácilmente a 7v e incluso sobrepasar algo ese valor como es el caso de las eneloop, estas si están cargadas del día anterior la tensión ronda los 6.9-7.0v medido sin carga, los servos que admiten 4.8v y 6v, deberían de funcionar bien con un pack de 5 elementos, teniendo en cuenta una tensión de funcionamiento que no sobrepase un 10% más (entiendo que es un margen aceptable), estaríamos hablando de 6.6v, normalmente cuando conectas la alimentación en el velero la tensión se sitúa en 6,7v por el propio consumo mínimo de servos, receptor y algún sensor que podamos tener y tras poner el velero en vuelo, el propio consumo de servos según controlas el velero en vuelo ya sitúa la tensión en 6.6v, después de un primer vuelo de 30 minutos ya suele estar en 6.4-6.5v máximo, el problema puede venir si terminamos de cargar las baterías y nos vamos a volar, puede pasar que durante un espacio de tiempo, la tensión sea muy superior a los 6.6v y si hay servos sensibles a excesos de tensión casquen o tengan un mal funcionamiento.

Yo llevo volando tiempo con packs de 5 elementos (Ni-Mh) y no he tenido problemas de averías en servos, pero hace unos días cambie en dos veleros, el pack normal por un pack echo con panasonic eneloop también de 5 elementos y se me quemo un servo Corona CS238MG en vuelo.

Ahí es cuando vi que estas baterías dan más tensión y más corriente sin despeinarse, cuando un pack normal su tensión después de cargada baja a ~6.8v al día siguiente, el pack de eneloop esta en 7.0v que podría ser excesivo, no te digo recién cargada que en la eneloop pro esta en ~7.3v a todas luces excesivo. No achaco directamente la rotura del servo al pack de eneloop y lo que creo que paso es que ya estaba tocado, lo cambie porque recibía avisos de caída de tensión del pack por debajo de los 5.8v cuando la batería aun tenía más del 60% de su capacidad, que es donde tengo la alarma en telemetria, sobre todo al usar frenos que funcionan los 6 servos del velero F3F y seguramente el servo que casco demandaba más corriente y hacia caer la tensión y con el anterior pack como se achantaba por tener una resistencia interna más alta, bajaba la tensión y la corriente que suministraba al servo y no llegaba al punto de joderse, pero las eneloop no se achanta de igual manera y entregan mas corriente y tensión por lo que ya no hizo de protección y el servo se fulminó, llevo ya tres meses usando estas baterías (desde el 24 y 26 de Junio de 2021 que las monte en el Eraser 2000 y el Factor, hasta la fecha de esta corrección el 22 de octubre de 2021) y al menos 14 recargas con sus correspondientes vuelos (una media de 5 a 8 vuelos de 30′ por recarga dependiendo si son las de 2000mAh o las de 2500mAh), las montan un F3F y un F3B, y no he tenido ningún problema con los servos, visto el tema de la tensión que alcanzan cargadas a tope y por seguridad, dejo mínimo un par de días entre la carga y la salida a volar, para que baje por debajo de 7.0v y si están recién cargadas o mantienen aun una tensión alta, les meto una pequeña descarga a 400mA durante 10-15′ para que baje su tensión por debajo de 7.0v, con cargar el día anterior y si acaso aplicar una pequeña descarga ya se nos pondrá en valores mas razonables de ~6,8v.

Para que os podáis hacer una idea, voy a dejar unos valores medidos en el paquete de 6v, con el pack con Eneloop pro recién cargado y dejándolo en reposo determinadas horas, que son las baterías que mas tensión mantienen con el paso del tiempo de las que tengo:

  • Pack 6v con Eneloop pro AA recién cargado da una tensión de 7,2-7,3v.
  • Pack 6v con Eneloop pro AA tras 24h en reposo da una tensión de 6,95v.
  • Pack 6v con Eneloop pro AA tras 48h en reposo da una tensión de 6,84v.
  • Pack 6v con Eneloop pro AA tras 3 días en reposo da una tensión de 6,81v.
  • Pack 6v con Eneloop pro AA tras 4 días en reposo da una tensión de 6,80v.
  • Pack 6v con Eneloop pro AA tras 5 días en reposo da una tensión de 6,78v.
  • Pack 6v con Eneloop pro AA tras 7 días en reposo da una tensión de 6,77v.

Se ve que pasados unos días la tensión se estabiliza en 6.8v, es un valor que considero razonable y que en condiciones normales, no supondrá problema para los servos con tensión de alimentación de 4.8v a 6v y que en cuanto pongamos en vuelo el avión, en poco tiempo la tensión ya por consumo, se situara en 6.5-6.6v max.

Yo personalmente, si se que voy a volar el mismo día o al día siguiente le hago la descarga indicada para reducir el valor, ya si van a pasar dos días o mas no realizo ninguna descarga.

Uso de circuitos UBEC para estabilización de la tensión a un valor adecuado

En cuanto a los UBEC o circuitos que se ponen para estabilizar la tensión a un valor independientemente de las fluctuaciones de la tensión de entrada, puede ser una buena idea sobre todo si tenemos servos sensibles a excesos de tensión o utilizamos LiPos 2S con servos de rango de tensión 4.8-6v (actualmente se venden servos de alto voltaje que admiten un rango de 6-8.4v y no seria necesario usar un circuito UBEC), sera necesario escogerlos del amperaje adecuado según modelo donde vayan instalados, en un velero de competición F3F con micro-servos de 3-3,5kgcm2 puede consumir fácilmente 1A o incluso mas si son de mas kg, por ejemplo en el momento del aterrizaje con los flaps desplegados y los alerones levantados junto con la compensación de profundidad, por lo que si están los 6 servos del velero en funcionamiento y ofreciendo resistencia, el consumo puede elevarse hasta los 5-6A tranquilamente, lo idóneo escoger un UBEC que admita hasta 8A de continuo por ejemplo para no quedarnos justos.

A tener en cuenta que si el circuito, admite una tensión de entrada inferior a la de salida, supongamos que ajustamos a 6v pero le metemos 5.8v, como tiene que elevar la tensión, solo lo puede hacer por medio de un consumo extra de corriente, más elevado cuanto mayor sea la diferencia (la potencia de entrada, osea [tensión X intensidad] sera igual a la potencia de salida , más un % debido a las pérdidas en el proceso, por lo tanto si la tensión baja lo que sube es el consumo de corriente), por lo que al consumo de servos y receptor tendremos que sumar el consumo extra de este dispositivo. Y si no admite menos tensión y indica una tensión superior en entrada, que suele ser lo que cae en el circuito, lo que pasa es, supongamos que de salida da 5v pero la entrada tiene que ser 1v más, osea 6v en adelante, si la batería baja por debajo de 6v, el regulador bajara su tensión por debajo de 5v proporcionalmente, por ejemplo los receptores FrSky admiten de 4 a 10v y los servos normales que he probado, funcionan con tensiones de 3.9-4.0v, no he probado por debajo de este valor y en cualquier caso dejaría como limite mínimo 4v de tensión, un pack de 4 elementos de 4.8v cuando tiene 4.4v o menos (seria 1.1v o menos por elemento), esta prácticamente descargado, por seguridad cuando tenemos 1.15v por elemento lo mejor es o cambiar el pack o dejar de volar, si hemos realizado test a nuestros pack, sabremos los margenes de seguridad de los mismos, no tiene porque ser exactamente con 1.15v pero como aproximación nos puede valer.

Por las pruebas que he realizado con mis pack, de 5.7v hasta la descarga total a 5v suele quedar sobre un 10% aproximadamente de capacidad máximo, con las Eneloop es menor el % (puede depender de cada tipo de batería de Ni-Mh). Lo mejor coger el paquete y en descarga ir midiendo tensión y cuanto va descargando hasta la descarga total y así sabremos de que margen disponemos dependiendo de que tensión tenga el pack (esto esta explicado mas arriba).

Carga y descarga de los paquetes de baterías

Puede parecer que no tiene importancia como se descarga y carga el paquete de baterías, pero por lo que leo y mi propia experiencia, llevar a una descarga total a las baterías les acorta la capacidad e incluso las inutiliza, también reduce su vida útil el hacer descargas con alta tasa de drenaje de corriente.

LiPo battery discharge curve. Source: prototalk.net

Esta es una curva de descarga típica de una celda LiPo de 3,7v de tensión nominal (4,20v plenamente cargada), que se puede encontrar por la web, se observa una caída pronunciada desde su tensión máxima hasta la tensión de trabajo en un corto periodo de tiempo, una zona de la curva mas o menos plana pero con cierta inclinación (que sera mas acusada en función al ratio de descarga que le apliquemos) de larga duración, esta parte es la que estaría comprendida entre el 80% y el 20% de su capacidad y otra zona donde la tensión cae rápidamente, también en un corto periodo de tiempo.

Mirando por la web, se puede encontrar información en la que se habla que el rango optimo de las baterías de Li-Ion por ejemplo en los móviles esta entre el 80% a 20%, si miramos información de las baterías de los vehículos eléctricos, también hablan de mantener la carga entre el 80% al 20% y en el caso de las LiPo también se recomienda no bajar del 20% de su capacidad para alargar la vida de la batería.

Pero que pasa con las baterías NiMh, tendrán una recomendación similar…., lo siguiente es una tabla de unas pruebas de descarga, que realice con un  paquete de NiMh de 5 elementos (6v) pertenecientes al velero Dardo.

Se puede observar como al realizar la descarga hasta 0,9v por elemento y también hasta 1,1v por elemento, el cargador Imax hay fases de carga/descarga con un valor reducido, dejando la batería en mal estado, según mi opinión el origen de que la batería se quedara mal, fue por hacer una descarga total hasta los 0,9v por elemento (he descargado muchas veces los paquetes hasta los 5,5v que son 1,1v por elemento, para saber cuanto me quedaba de capacidad y no ha tenido descargas y cargas de tan poca capacidad), luego ya con las descargas hasta los 1,16v por elemento, todas las tandas de descarga/carga a partir de la 4º ronda son similares y de un valor razonable (la 3º ronda ha servido de recuperación y estabilización del paquete).

La conclusión mas importante que saco, es que no es nada recomendable hacer una descarga total del paquete de baterías. con 1,1v por elemento se considera que la batería esta prácticamente descargada y 1,16v por elemento equivale a descargar el paquete de 6v hasta los 5,8v, que según las tablas que tengo mas arriba equivale a descargar el paquete hasta el 20% de su capacidad en el caso de baterías normales, en el caso de las Eneloop el valor equivalente estaría entre 6-6,1v, esto siempre según las pruebas de mis baterías, es un valor orientativo.

En esta gráfica comparativa de dos baterías de NiMh y una alkalina, se puede ver que la curva de descarga es en cierta manera similar a la de las de Li-Ion, por lo que hay una zona de trabajo optimo o de zona plana de la curva que estaría comprendida entre el 20% hasta el 80%, con una ligera curva se podría ampliar desde el 10% hasta el 90%, ya por debajo del 10% la caída es brusca en un  periodo de tiempo corto.

Viendo esta gráfica se podría decir que la zona optima de uso estaría también entre el 80% hasta el 20% de capacidad de descarga y podríamos ampliar el margen hasta el 10% de capacidad si fuera necesario, sin que suponga una merma en la batería, yo por ejemplo tengo aviso en la telemetria del receptor en 5.8v si la batería es normal y 6.0v si la batería es Eneloop, por lo que si me salta el aviso con el velero en vuelo estabilizado (bajo consumo), aterrizo inmediatamente y si el día anterior a ir a volar, ya tengo la tensión de las baterías en un valor cercano a los expuesto las pongo a cargar, normalmente como apunto los tiempos de vuelos, ya se de antemano si tendré autonomía para volar o es mejor poner a cargar.

Entrada actualizada a 25 Noviembre de 2021