Batterie for dummies

Ringraziate Mr. Yod senza il quale questo topic non esisterebbe :asd:

Tempo fa, nell'angolo della pirateria domestica, risposi a un utente che chiedeva informazioni sulle batterie al litio. Mi son fatto prendere la mano ed è venuto fuori un wall of text niente male, che tosto vi ripropongo qua, così c'è un topic in cui si parla solo di questo e tutti possono porre le proprie domande. Per il momento il tema è appunto sulle batterie al litio, ma se volete sapere qualcosa sugli altri tipi chiedete e vi sarà detto :sisi:


------------------------------


Ci sono molte ipotesi discordanti sul trattamento delle batterie, ma la maggior parte non è basata su nozioni scientfiche. Vediamo di fare chiarezza con un po' di fatti:

• Le batterie per computer, e quelle di vari altri gadget con richieste energetiche più o meno elevate, sono composte tipicamente da più celle. Una cella agli ioni di litio o ai polimeri di litio (Li-Ion oppure Li-Po; elettricamente funzionano nello stesso modo) ha una tensione nominale di 3.7V (può cambiare a seconda dello stato di carica, ma si considera un valore medio per semplificare i calcoli); le batterie da computer tipicamente hanno tensioni multiple di 3.7: 7.4V, 11.1V, 14.8V. Ogni tanto (spesso in batterie più vecchie) si considera invece il numero 3.6V, con i multipli 7.2, 10.8, 14.4. Ai fini pratici non c'è alcuna differenza.
  
  
• Le celle possono essere collegate in serie (aumentando la tensione), in parallelo (aumentando la capacità), o in configurazione simmetrica serie-parallelo (aumentando entrambe). Una combinazione di più celle costituisce una batteria. Volendo essere pedanti è quindi sbagliato chiamare "batterie" le classiche pile stilo, in quanto sono singole celle. Invece le batterie a 9V sono effettivamente batterie, contenendo tipicamente 6 piccole celle da 1.5V. Di tutto questo non frega niente quasi a nessuno, ma ve lo dico lo stesso così capite meglio i seguenti punti.
  
  
• La chimica LiIon è scarica a 3V per cella, e completamente carica a 4.2V. Farla andare sotto i 3V arreca danno a seconda di quanto sotto va e di quanto a lungo la si tiene sotto. Farla andare oltre i 4.2V causa un degrado rapido, che si traduce in una diminuzione di cicli a seconda di quanto si va oltre (passano da alcune centinaia a alcune decine, proseguendo passano a numero singolo). Se si va oltre i 4.5V la chimica LiIon va in thermal runaway, che è un modo originale per dire "fa bum". Onde evitare che vada a fuoco tutto le celle di cui sono fatte le batterie da computer (nella maggior parte dei casi si tratta di tipo 18650) hanno una protezione passiva: se la pressione interna oltrepassa un certo limite una specie di valvolina apre il circuito e disabilita la cella definitivamente. Questa rimane comunque una misura d'emergenza, e sono capitati casi in cui non ha funzionato. Inoltre i portatili più compatti, e penso tutti gli Apple, usano celle proprietarie ai polimeri più efficienti ma prive di questa misura di sicurezza (perchè contenute in sacchetti di plastica invece che contenitori metallici).
  
  
• Ne consegue che i caricabatterie per LiIon non vanno mai, a meno di drastici e immediati problemi di design che mai supererebbero la fase di testing, oltre i 4.2V per cella. Quindi quanto riferito dallo Zio:
  
  Citazione:

  ---

  Originariamente Scritto da Lo Zio

  quando si usa il portatile collegato alla linea elettrica la batteria va tolta

  ---

  non è necessario. Si può tenere una batteria attaccata per mesi di fila senza che questa si sovraccarichi.
  
  
• In buone condizioni di salute una cella ricaricabile al litio perde talmente poca carica nel corso del tempo che si può dire che, a fini pratici, non è soggetta ad auto-scarica. Tuttavia le batterie dei gadget e dei computer comprendono sempre dei circuiti di carica e stabilizzazione; il loro compito è di assicurarsi che tensioni e temperature rimangano al corretto livello onde evitare sovraccarichi o instabilità tra le celle collegate in serie. Questi circuiti richiedono un minimo di energia per funzionare; idealmente la quantità richiesta è molto poca, e idealmente dovrebbero auto-disattivarsi se la tensione delle celle diventa troppo bassa. Non tutti i produttori però utilizzano circuiti di buona qualità, e quelli scarsi spesso non si spengono quando dovrebbero e consumano troppa energia. Questo si traduce in batterie che perdono carica nel corso del tempo.
  
  
• Ne consegue che se si scarica completamente la batteria e poi ci si dimentica di ricaricarla è possibile che la tensione per cella vada sotto i critici 3V. In queste condizioni le celle si degradano, ed è possibile che ricaricandole ad alta velocità diventino instabili e vadano in thermal runaway (bum). In realtà se non sono andate molto sotto applicando una corrente di carica molto bassa è spesso possibile recuperarle e continuare a usarle con solo una lieve perdita di capacità, ma bisogna saperlo fare aprendo la batteria e bypassando il circuito di carica. Comunque vista la potenziale insicurezza della situazione, se vanno sotto i 3V i circuiti di protezione si rifiutano di ricaricare la batteria. L'utente normale non può fare altro che cambiarla.
  
  
• In condizioni tipiche di utilizzo (batteria spesso carica, temperature di esercizio normali) ci si può aspettare che una batteria LiIon perda circa il 20% della sua totale capacità ogni anno. La qualità delle celle influisce molto, ovviamente, con celle che ancora arrancano semi-utilmente dopo 10 anni (ne ho alcune e posso testimoniare personalmente) a celle che sono totalmente inutilizzabili dopo solo uno (idem).
  
  
• Temperatura e stato di carica influiscono molto sulla degradazione nel corso del tempo. Il livello di carica in cui una cella LiIon si degrada di meno è 40% (tensione per cella senza sforzo: approssimativamente 3.8V); la temperatura è attorno ai 0 gradi. Qualsiasi deviazione aumenta la degradazione.
  
  
• Ne consegue che se si prevede di non utilizzare una batteria LiIon per parecchio tempo è saggio scaricarla al 40% e poi metterla in frigo (non in freezer, in cui le temperature sono ben inferiori ai 0°C). In questo modo si mantiene al minimo assoluto il degrado della chimica Li-Ion, ovvero attorno al 2-4% annuo. Ovviamente è bene tirarla fuori ogni tanto e controllare che il circuito interno non l'abbia scaricata sotto il 40%. Nel caso va caricata leggermente finchè non raggiunge il 40% di nuovo.
  
  
• Le celle LiIon nuove hanno bisogno di circa una decina di cicli per "entrare in regime" e dare il massimo di cui sono capaci. Non si tratta tuttavia di una enorme differenza; non ho dati ufficiali alla mano, ma da quanto ho letto in giro questi cicli di rodaggio ne migliorano la capacità dal 10% al 20%. Ovviamente la capacità ufficiale si riferisce al massimo possibile, appena finito il rodaggio prima che la cella cominci a degradarsi significativamente.
  
  
• Le celle LiIon hanno un numero finito di cicli utili: tipicamente i dati ufficiali forniti dai produttori vanno dai 300 ai 500 prima che la batteria si degradi (in condizioni assolutamente ideali) all'80% della capacità iniziale. I cicli parziali le degradano meno dei cicli totali: se si scarica una batteria LiIon che normalmente durerebbe 500 cicli solo a metà e poi la si ricarica subito, durerà più di 1000 di questi cicli parziali. Quanto di più, ovviamente, varia a seconda della qualità delle celle.
  
  
• Tuttavia qualsiasi utilizzo le degrada, per quanto poco. Una batteria tenuta carica e utilizzata solo occasionalmente durerà sempre di più di una che, in pari condizioni, viene scaricata più spesso.
  
  
• Esistono chimiche diverse, sempre basate sul litio, che durano di più; per esempio il tipo di batteria LiFePO4, abbreviato anche come LiFe o LFP, tipicamente ha 2000 cicli di vita e una durata stimata di 10 anni, oltre alla capacità di erogare molta più corrente senza danneggiarsi. Si tratta anche di celle molto più sicure, in quanto anche sovraccaricandole brutalmente o danneggiandole fisicamente non prendono fuoco, e sopravvivono a trattamenti sorprendentemente crudeli. Purtroppo la densità energetica è pari alla metà delle normali celle LiIon, quindi difficilmente vengono utilizzate in applicazioni che non richiedano una massiccia erogazione di corrente o una vita molto superiore. Una configurazione dell'OLPC XO-1 prevedeva l'uso di LiFePO4.

Spero che tutto ciò chiarisca i vostri dubbi :sisi: ovviamente tutto è variabile a seconda dell'utilizzo fatto e delle condizioni, ma utilizzando questa come guida generica dovreste massimizzare la vita delle vostre batterie :sisi:

-----

Citazione:

---

Originariamente Scritto da Diabolik999

Una domanda: da quanto hai scritto sembrerebbe confermata l'opinione, che già avevo sentito, secondo cui le Li-Ion conviene ricaricarle alla prima occasione in cui si ha una presa disponibile, anche se magari sono ancora all'80% della carica, ho capito giusto o non ho capito un'ostia? :D

---

E' così :sisi: se la ricarichi subito (invece di riutilizzarla dall'80% in seguito) il ciclo parziale è più leggero e la batteria ci soffre di meno.
Poi non è che bisogna rompercisi la testa... se non c'è una presa disponibile pazienza, non c'è bisogno di correre in giro cercando a tutti i costi un posto dove attaccare l'adattatore. :asd:

-----

Citazione:

---

Originariamente Scritto da Lo Zio

da quel che sapevo, un portatile collegato alla rete elettrica e con batteria inserita porta a continue piccole ricariche della stessa, stressandola e consumandola molto più in fretta (cosa che puntualmente mi si è verificata)

---

La batteria si scarica leggermente in modo spontaneo per via del circuito interno (e ogni tanto ho avuto l'impressione che alcuni computer contribuiscano al processo, anche se spenti, per motivi a me ignoti). Il computer non fa che riportarla al 100% occasionalmente. Poichè la carica nell'ultimo 10% avviene molto più lentamente di quella fino al 90% (se volete saperne di più googlate "constant current constant voltage liion"), può sembrare dalla spia di carica che il computer ci stia buttando dentro chissà quanta energia, quando in realtà sta solo aggiungendo qualche goccia per riempire fino all'orlo. Alcuni computer o gadget addirittura non accendono neanche la spia di carica quando raggiungono il 90%.
Questo processo non capita spesso visto che la batteria si autoscarica molto lentamente (anche quando il computer "da una mano"). Nei miei computer ho notato l'accensione spontanea della spia di carica una volta ogni qualche giorno. Questa attività non è sufficiente a degradare la batteria in modo significativo.

Dal canto mio ho avuto un portatile Toshiba che per anni è stato il mio computer principale e a cui ho sempre tenuto la batteria attaccata. Nuovo la batteria durava circa 3 ore e mezza, forse 4 (la memoria mi tradisce). 6 anni dopo, quando l'ho passato a un'amica, era ancora in grado di farlo andare avanti per un'oretta e mezza. Dopo altri 2 anni il portatile è morto, ma la batteria era ancora utilizzabile (con prestazioni molto inferiori, ovviamente). Ora, a 10 anni da quando quel computer fu comprato, ogni tanto uso ancora le celle della batteria (che ho smontato e separato) per far andare qualche circuito a bassa potenza (LED, gadgettini piccoli, robe di questo genere). Non reggono più a correnti di carica o scarica elevate, ma usandole a correnti basse continuano a tenere una quantità sorprendente di energia.

Poi, oh, non sono il depositario della verità assoluta e c'è sempre la possibilità che io mi sbagli, o che altri computer facciano diversamente (anche se sarebbe estremamente stupido)... quindi se togliere la batteria quando lo usate con l'alimentatore vi fa star più tranquilli, fatelo pure. Io non penso che faccia del bene, ma di sicuro non fa del male. L'unico problema è che così si perde la capacità della batteria di fare da UPS se salta la corrente.

-----

Citazione:

---

Originariamente Scritto da Diabolik999

Chiaro, ma c'è un "limite minimo"? Cioè, torno a casa con la batteria al 95% (nel mio caso parlo di macchine fotografiche, ma sempre di litio si tratta), a me non verrebbe di metterla sotto carica... mi conviene farlo?

---

A questi livelli, poco cambia :sisi:

-----

Citazione:

---

Originariamente Scritto da Mr Yod

un approfondimento: da quanto mi è stato riferito le pile al litio si dovrebbero degradare più velocemente quando sono prossime al 100% di carica rispetto che a percentuali inferiori, per cui tenere una batteria al litio sempre sotto carica la degrada non per via di una sovraccarica (che non esiste) ma perchè rimane a lungo ad un livello in cui il degrado è maggiore.

Risulta a qualcuno qualcosa di simile?

---

E' vero che si degradano di più al 100% e di meno al 40%, ma è anche vero che è decisamente poco pratico tenerle costantemente al 40% in un oggetto che usi quotidianamente. Appunto suggerisco: se non si usa per un po' di tempo scaricarla al 40% e metterla in frigo... ma se la si usa spesso non ha senso. Comunque il livello di degradazione al 100% non è sufficiente da giustificare la tesi di chi dice che non andrebbero tenute sempre in carica.


------------------------------

Concludo con questa chicca che mi è capitata in una chat:

<IronMew> I like it how in a Google search for "aa liion" the first result that says there's no such thing as a lithium-ion AA cell, and the second result wants to sell me some
<feep> Jesus christ it's aa liion
<feep> get in the car

:asd:

http://www.mryod.altervista.org/_alt...smile/uooo.gif

Citazione:

---

Originariamente Scritto da Iron Mew

E' vero che si degradano di più al 100% e di meno al 40%, ma è anche vero che è decisamente poco pratico tenerle costantemente al 40% in un oggetto che usi quotidianamente. Appunto suggerisco: se non si usa per un po' di tempo scaricarla al 40% e metterla in frigo... ma se la si usa spesso non ha senso. Comunque il livello di degradazione al 100% non è sufficiente da giustificare la tesi di chi dice che non andrebbero tenute sempre in carica.

---

E quindi lasciare la batteria attaccata al portatile quando questo è collegato all'alimentatore la rovina più velocemente :uhm:

Citazione:

---

Originariamente Scritto da Iron Mew

Concludo con questa chicca che mi è capitata in una chat:
<IronMew> I like it how in a Google search for "aa liion" the first result that says there's no such thing as a lithium-ion AA cell, and the second result wants to sell me some
<feep> Jesus christ it's aa liion
<feep> get in the car
:asd:

---

:asd:
Ma a me Google non dice che le LiIon AA non esistono :uhm:

Citazione:

---

Originariamente Scritto da Mr Yod

E quindi lasciare la batteria attaccata al portatile quando questo è collegato all'alimentatore la rovina più velocemente

---

La rovinerebbe più velocemente scaricarla al 40% ogni volta che decidi di attaccare il portatile all'alimentatore e poi scollegarla (è sempre il 60% di un ciclo). Se invece è già carica al 100% che sia scollegata o attaccata all'alimentatore poco cambia. Volendo si può ridurre leggermente la degradazione mettendola in frigo senza sbattersi a scaricarla al 40% (in frigo a piena carica il degrado annuo è di circa il 10%), ma secondo me non vale molto la pena in questo caso, anche perchè se capita che ti serva ORA SUBITO rischi di avere prestazioni inferiori, visto che prima di funzionare al meglio deve scaldarsi a temperatura ambiente.

domanda...mettendo che uno abbia perso un caricabatterie...che era da tot V...
se uno ne ha uno con lo stesso attacco ma con voltaggio inferiore, ha qualche utilità provare ad usarlo per ricaricare le batterie? non serve a nulla/è nocivo, oppure che ne so...al limite impiega solo più tempo a caricare?

P.s. l'affare che dovrei caricare non va con batterie al litio

Tentar non nuoce. Difficile rovinare cose con una tensione inferiore... fai attenzione alla polarità però.

Che affare è?

un tagliabordi elettrico (roba da giardinaggio) di cui si è perso il caricabatterie, il voltaggio sarebbe 9V...l'attacco è lo stesso dei vecchi nokia (anche la polarità)...che però hanno tipo 6,3V...si potrebbe prendere un alimentatore di quelli universali con 1000mila attacchi e voltaggi impostabili, se non fosse che il prezzo dell'affare non vale il costo dell'alimentatore universale :asd:

Ah, quasi certamente allora non servirà a nulla... una batteria che si carica con 9v non verrà neanche solleticata da 6.3...

Prendi l'alimentatore dai cinesi, ti costa tipo 3 euro

Faccio un'altra domanda: spesso mi viene riferito da varia gente che chi ha venduto loro un dispositivo con batteria al litio consiglia di fare un primo ciclo di carica/scarica completo (ovvero far scaricare la batteria completamente la prima volta), come se fossero delle NIMH.
A me verrebbe da consigliare anche di farle fare un giro in lavatrice e poi asciugarla sul fornello... :sisi:
Per caso sbaglio? :uhm:

(Non ho riletto approfonditamente il topic per cui non mi pare che questo punto sia stato trattato)

:asd:

Il primo "ciclo completo" non serve a nulla, ma se viene fatto una volta sola non crea comunque nessun problema. Fai prima a lasciarglielo fare che a spiegargli perchè non ha senso. :asd:

Riuppo questo topic (che forse sarebbe meglio topparlo o linkarlo in un topic toppato :uhm: ) per fare una domanda non sulle pile al litio ma sulle NiMh: è normale che delle pile NiMh sia stilo che mini stilo la cui tensione nominale è di 1.2V e tensione a circuito aperto dovrebbe essere di 1.3V, appena ricaricate mi segnino 1.5V sul voltmetro? :pippotto:

L'ho notato sia con delle eneloop mini stilo che con delle energizer stilo, delle alkapower stilo erano intorno a 1.45V, mentre le eneloop stilo nuove sono tutte a 1.3V precisi (sono pronte all'uso, quindi precaricate). :uhm:

Segnalo un articolo della rivista italiana di elettronica Firmware sul bilanciamento delle celle Li-Ion: http://www.nxtbook.fr/newpress/inwar...eid=878794db9b

Citazione:

---

Originariamente Scritto da Mr Yod

Riuppo questo topic (che forse sarebbe meglio topparlo o linkarlo in un topic toppato :uhm: ) per fare una domanda non sulle pile al litio ma sulle NiMh: è normale che delle pile NiMh sia stilo che mini stilo la cui tensione nominale è di 1.2V e tensione a circuito aperto dovrebbe essere di 1.3V, appena ricaricate mi segnino 1.5V sul voltmetro? :pippotto:

L'ho notato sia con delle eneloop mini stilo che con delle energizer stilo, delle alkapower stilo erano intorno a 1.45V, mentre le eneloop stilo nuove sono tutte a 1.3V precisi (sono pronte all'uso, quindi precaricate). :uhm:

---

Normale. Le ricaricabili basate su nickel hanno una tensione a fine carica tanto superiore quanto più veloce è stata la carica in questione. I vecchi caricabatterie "30 minute" della Duracell, che io amabilmente chiamavo "assassini di batterie", le sputavano fuori a tipo 1.6V.

Torna giù a tensione ufficiale quasi subito durante l'utilizzo, o proprio subitissimo se l'assorbimento è elevato, ma bisogna stare attenti ai device che non hanno assorbimento elevato e si aspettano tensioni più basse. Se non le usi prima o poi caleranno attorno a 1.3V spontaneamente.