Le batterie ai polimeri di litio (LiPo) si possono usare in sicurezza in un laboratorio di robotica scolastico, ma solo entro vincoli procedurali rigorosi. Lasciate alle abitudini non sorvegliate degli studenti, rappresentano il singolo rischio d'incendio più alto della vostra aula. Se il laboratorio realizza droni su misura o altri progetti maker ad alta corrente, non è facile evitarle: il loro rapporto potenza/peso e i regimi di scarica non hanno rivali. I programmi delle competizioni spesso le escludono del tutto: un robot della FIRST Tech Challenge, per esempio, deve montare esattamente un pacco NiMH da 12V approvato tra quelli elencati nella regola R601, e una LiPo non è un sostituto ammesso. Se però il vostro programma didattico richiede solo progetti a bassa corrente con microcontrollori, dovreste evitare del tutto le LiPo a favore di pacchi NiMH, celle LiFePO4 o normali power bank USB.

Se dovete per forza usare le LiPo, la sicurezza non è una questione di buona volontà degli studenti: è un problema di ingegneria e di protocollo. Ecco come e perché le LiPo cedono negli ambienti scolastici, e l'assetto esatto necessario per gestirle in sicurezza.

Perché le LiPo cedono in aula

Una cella LiPo lavora tra 3,0V (completamente scarica) e 4,2V (completamente carica), con una tensione nominale di 3,7V per cella. La chimica è instabile perché l'elettrolita è sospeso in un gel polimerico infiammabile, racchiuso in una morbida busta di alluminio anziché in un cilindro rigido d'acciaio.

In un laboratorio scolastico, quattro modalità di guasto specifiche fanno gonfiare i pacchi, sfiatare gas tossici o entrare in fuga termica:

• Scarica eccessiva sotto i 3,0V per cella: gli studenti lasciano un robot acceso per tutto il fine settimana o lo fanno andare finché i motori non si bloccano. Quando una cella scende sotto la sua soglia critica, al suo interno si formano ponti di rame. Se ricaricate una cella danneggiata così, può andare in cortocircuito interno e incendiarsi.
• Urti e perforazioni: le morbide buste di alluminio non offrono alcuna protezione meccanica. Una batteria non fissata scagliata via da un robot da combattimento o schiacciata sotto un telaio durante una collisione può subire il cedimento del separatore interno subito o a ore di distanza.
• Scelta sbagliata del profilo di carica: i caricabatterie bilanciatori programmabili (come i diffusissimi modelli tipo B6) richiedono all'utente di selezionare chimica, numero di celle (per esempio 2S, 3S, 4S) e corrente di carica. Uno studente che per sbaglio imposti una LiPo 3S (11,1V) su un profilo di carica 4S (14,8V) manderà il pacco in fuga termica.
• Degrado durante le vacanze: lasciare i pacchi completamente carichi a 4,2V per cella su uno scaffale per quattro settimane di vacanze scolastiche sudafricane accelera l'aumento della resistenza interna e la produzione di gas, portando alla classica batteria "gonfia".

Il protocollo di stoccaggio a basso costo per l'aula

Non serve un armadio antideflagrante commerciale da diverse migliaia di rand per mettere in sicurezza un laboratorio scolastico. Servono isolamento fisico e contenimento non infiammabile.

1. La cassetta portamunizioni senza guarnizione

Le cassette militari portamunizioni in acciaio calibro 50 di surplus sono lo standard di riferimento per il contenimento delle LiPo a basso costo. C'è però una regola di sicurezza fondamentale: togliete la guarnizione di gomma dal coperchio. Se una LiPo va in fuga termica dentro una cassetta sigillata ed ermetica, il contenitore diventa un recipiente in pressione involontario. Rimuovere la guarnizione di gomma permette ai gas di sfiatare liberamente, mentre le pareti d'acciaio contengono fiamme e frammenti incandescenti.

2. Zona di ricarica dedicata

Non permettete mai di caricare le batterie ai banchi di lavoro comuni degli studenti, circondati da cartone, filamento per stampanti 3D e carta. Allestite un'unica stazione di ricarica centralizzata con queste regole:

• Collocata su un pavimento di cemento nudo, un banco metallico o una superficie in piastrelle di ceramica, ad almeno 1,5 metri da materiali combustibili.
• Dotata di un estintore a polvere (o a CO₂) dedicato da 2kg o 5kg montato proprio accanto al banco. Nota: gli estintori standard non spengono direttamente un incendio da litio, ma contengono i materiali circostanti mentre il pacco si consuma.
• Una regola per cui nessuna batteria si carica senza sorveglianza. La ricarica si interrompe alla fine della giornata scolastica; di notte non si carica nulla.

Le regole di carica bilanciata che gli insegnanti devono far rispettare

Non permettete mai agli allievi di usare caricabatterie "da muro" senza elettronica per le LiPo multicella. I pacchi multicella vanno sempre caricati usando il cavo di bilanciamento (il piccolo connettore bianco multipolare JST-XH) insieme al cavo di potenza principale. Il cavo di bilanciamento consente al caricabatterie di monitorare ed equalizzare la tensione di ogni singola cella.

Impostate le correnti di carica in modo prudente. Una base di riferimento sicura per i laboratori scolastici è 1C (dove la corrente equivale alla capacità del pacco in ampere-ora; per esempio, un pacco da 2200mAh si carica al massimo a 2,2A). Non permettete mai le modalità di ricarica rapida in aula.

Per i team che costruiscono hardware da competizione e hanno bisogno di indicazioni su come scegliere soluzioni di alimentazione conformi e sicure per le gare, le nostre risorse sulla FIRST Tech Challenge spiegano quali pacchi NiMH da 12V sono ammessi e come prendersene cura.

Come dismettere e smaltire in sicurezza le LiPo danneggiate

Qualunque pacco che mostri rigonfiamenti (il cosiddetto "pillowing"), emani un odore chimico dolciastro o registri una cella sotto i 2,5V va messo fuori servizio immediatamente. Non buttatelo nei rifiuti urbani indifferenziati.

Per dismettere una batteria in sicurezza:

1. Isolate: mettete il pacco danneggiato nella cassetta metallica di quarantena, fuori dall'edificio principale.
2. Scaricatelo completamente fino a 0,0V: collegate il pacco a uno scaricatore dedicato, oppure saldate a un connettore adatto una lampadina a incandescenza da 12V per auto a basso assorbimento e lasciate che scarichi il pacco nell'arco di 24 ore, finché il filamento non si spegne. Una volta scaricata a 0V reali, la chimica è inerte.
3. Tagliate e nastrate: tagliate i cavi della batteria uno alla volta (mai positivo e negativo insieme con una cesoia metallica), spelate le estremità e attorcigliate i conduttori tra loro o isolateli accuratamente con del nastro isolante.
4. Portatelo ai RAEE: consegnate il pacco inerte a un centro di raccolta comunale dedicato ai rifiuti elettronici o a un contenitore per pile esauste.

Se state rivedendo l'assetto hardware complessivo della vostra aula o vi serve un consiglio per sostituire sistemi di alimentazione impegnativi da gestire con alternative più sicure per le classi più giovani, consultate la nostra guida all'approvvigionamento e all'allestimento del laboratorio.