Ett lipo batteri är ett laddningsbart litiumbatteri där elektrolyten sitter i en gelartad polymer i stället för som fri vätska. Därför kan cellen byggas som en tunn, mjuk påse med aluminiumfolie runt om, i stället för som en styv metallcylinder. Vinsten är låg vikt, hög energitäthet och förmågan att lämna ifrån sig enorm ström under några sekunder, vilket är precis vad fyra motorer på en drönare kräver när du drar full gas.
Nackdelen sitter i samma konstruktion. Cellen tål varken överladdning, djupurladdning eller mekanisk skada, och den ger sällan någon varning innan det går fel.
Vad som händer inuti ett lipo batteri när du gasar
Varje cell består av en positiv elektrod av litiummetalloxid, en negativ elektrod av grafit och en separator emellan. När du laddar tvingas litiumjoner över till grafiten. När du flyger vandrar de tillbaka, och elektronerna tar omvägen via motorerna. Det är hela grundprincipen, och den innehåller inga rörliga delar alls.
Spänningen berättar var i processen cellen befinner sig. Fulladdad ligger den på 4,2 V, nominellt anges den till 3,7 V, och under ungefär 3,0 V under belastning börjar skador uppstå. Däremellan är kurvan förvånansvärt platt, vilket är varför spänning är ett trubbigt mått på återstående kapacitet mitt i ett flygpass.
Det du märker mest i luften är spänningsfallet under last, det som brukar kallas sag. En färsk cell med låg innerresistans kan tappa några tiondelar när strömmen rusar iväg, medan en sliten cell rasar nästan en helvolt och får flygkontrollern att larma om lågspänning trots att halva kapaciteten finns kvar. Samma grundkonstruktion är på väg in i båtar, arbetsmaskiner och reservkraft, något vi gått igenom i Batteriteknikens tysta revolution.
Vad siffrorna på etiketten betyder
Märkningen på ett paket ser kryptisk ut men följer en fast logik. Fyra värden räcker för att förstå vad du håller i.
| Märkning | Betyder | Exempel |
|---|---|---|
| S | Antal celler i serie. Varje cell adderar 3,7 V nominellt | 4S = 14,8 V nominellt, 16,8 V fulladdat |
| P | Antal cellgrupper parallellt. Ökar kapacitet, inte spänning | 2P dubblar kapaciteten |
| mAh | Kapacitet, alltså hur länge strömmen räcker | 1500 mAh = 1,5 Ah |
| C | Maximal urladdningsström uttryckt som multipel av kapaciteten | 1,5 Ah × 100C = 150 A i teorin |
C-talet är den siffra du ska lita minst på. Tillverkarnas angivelser testas sällan av någon oberoende part, och ett paket märkt 120C beter sig ofta som ett 60C-paket i verkligheten. Innerresistansen per cell säger betydligt mer: en fräsch high-C-cell ligger ofta kring 2–5 milliohm, och när värdet krupit upp mot 10–15 är paketet i praktiken förbrukat oavsett vad kapacitetsmätningen visar.
Därför dominerar lipo trots konkurrensen från runda celler
Cylindriska litiumjonceller av typen 18650 och 21700 har högre energitäthet räknat per kilo. De klarar däremot inte samma urladdningsströmmar. En långflygande kartläggningsdrönare med två propellrar och jämn belastning tjänar på litiumjon, medan en FPV-drönare som växlar mellan 5 och 150 ampere flera gånger per minut behöver polymercellens låga innerresistans.
Utvecklingen har gått snabbt på båda hållen, och gränsen mellan celltyperna suddas ut i takt med att energitätheten stigit från ungefär 150 till 300 wattimmar per kilo på två decennier. För tunga multirotorsystem är det skillnaden mellan tolv och tjugo minuters flygtid.
Räkna om till wattimmar innan du flyger
Wh = nominell spänning × kapacitet i Ah. Ett 4S 1500 mAh-paket ger 14,8 × 1,5 = 22,2 Wh. Gränsen för handbagage på passagerarflyg går vid 100 Wh utan tillstånd, 100–160 Wh efter godkännande från flygbolaget, och över 160 Wh är det stopp. Batterier får aldrig checkas in i lastutrymmet och kontakterna ska vara isolerade.
Tre missuppfattningar som kostar paket i onödan
Den vanligaste är att batteriet trivs bäst fulladdat. Motsatsen gäller. En cell som står på 4,2 V bryter ned elektrolyten långsamt men obevekligt, och ett paket som glöms fulladdat i en månad kan tappa en märkbar del av sin kapacitet utan att ha använts en enda gång.
Nästa handlar om kyla. Kylskåpsförvaring dyker upp i varenda forumtråd, men kondensen när paketet tas ut är ett större problem än den marginella nyttan, och ett kallt batteri levererar dessutom betydligt sämre. Under 10 °C stiger innerresistansen så mycket att sagen kan bli farlig mitt i ett flygpass.
Den tredje är svårast att släppa: att ett svällt paket kan användas ett tag till om man är försiktig. Svällningen kommer av att elektrolyten brutits ned och bildat gas inuti den förseglade påsen, och den processen går aldrig baklänges. Ett puffat paket är ett paket på väg mot slutet, och det enda rimliga är att ladda ur det helt och lämna in det för återvinning.
Laddning och lagring i praktiken
Balansladdning innebär att laddaren mäter varje cell för sig och jämnar ut skillnaderna. Utan den driver cellerna isär över tid, och den svagaste blir överladdad medan de andra fortfarande fylls. Skillnader över 0,03 V mellan celler i ett vilande paket är en tydlig varningssignal.
- 1C är fortfarande standardhastighet för laddning, alltså 1,5 A till ett 1500 mAh-paket. Många moderna paket klarar mer, men livslängden betalar för snabbheten.
- 3,80–3,85 V per cell är lagringsspänning. Ska paketet stå längre än ett par dagar, kör lagringsprogrammet.
- Landa medan cellerna har kvar cirka 3,5 V i vila. Under 3,0 V under last börjar irreversibla skador.
- Ladda på ett obrännbart underlag och lämna aldrig laddningen utan uppsikt.
Laddningsförlusterna är värda en tanke också. Ett vanligt fältladdningssystem tappar några procent i kablar och omvandling, medan induktiva lösningar ligger i en helt annan liga. Vi har mätt upp hur illa det kan bli i sex av tio watt försvinner vid trådlös laddning av drönare.
När cellen tappar kontrollen
Termisk rusning startar när separatorn mellan elektroderna kollapsar, vilket sker någonstans kring 130–150 °C. Då kortsluts cellen inifrån, temperaturen skenar och katodmaterialet börjar avge syre. Det är därför en litiumbrand är svår att kväva: branden bär med sig en del av sitt eget syre.
Utlösaren är nästan alltid en av fyra saker. Överladdning, djupurladdning, kortslutning eller mekanisk skada från en krasch. Ett paket som varit med om en hård krock kan se helt oskadat ut och ändå ha en intern skada som ger sig till känna först flera timmar senare, vilket är skälet till att kraschade paket bör ligga isolerat och observeras innan de laddas igen. MSB pekar särskilt på obevakad laddning och skadade celler som de dominerande orsakerna bakom bränder i litiumbatterier i svenska hem.
Vad som egentligen slits ut
Ett lipo batteri åldras på två sätt samtidigt. Cykelslitaget kommer från att litiumjonerna gradvis fastnar i beläggningar på grafitelektroden och slutar delta i arbetet. Kalenderslitaget pågår hela tiden, snabbare vid hög spänning och hög temperatur, oavsett om paketet används eller ligger i en låda.
För hobbypaket som körs hårt handlar det typiskt om ett par hundra cykler innan kapaciteten fallit till 80 procent, men spannet är brett. Den som landar tidigt, laddar med måtta och lagrar på rätt spänning kan lätt fördubbla den siffran jämfört med den som tömmer paketen i botten och låter dem stå fulladdade mellan flygpassen.
Vill du veta hur dina paket faktiskt mår, mät innerresistansen var tionde cykel och skriv ned värdena. Kapacitetstest tar tid och säger mindre, medan resistansen stiger långt innan flygtiden märkbart kortas. Ett paket vars celler börjat glida isär i resistans hör hemma i återvinningen, inte under nästa drönare.