Batterie al Litio, queste sconosciute.

[lupoalba]

Quanto leggerete stato postato in un thread del GT-P1000 ma sono stato invitato a renderlo piu fruibile inserendolo in un thread piu generico; non ha la pretesa di essere la bibbia o il corano, ma e' solo un riepilogo delle caratteristiche e delle peculiarita delle batterie al Litio. Spero possa chiarire qualche dubbio o perplessita'.
E' un post lungo ma dovuto, riguardo le celle al litio che alimentano i nostri dispositivi: ne sento di cotte e di crude tali da mettersi le mani nei capelli.
Cenno storico: sono state sviluppate in russia negli anni 60 per asservire alle necessita' aereospaziali, all'epoca erano costosissime, nate con specifiche incredibili adesso da considarere come "normali" perche dovevano essere leggere, con un altissimo valore capacita/volume e capacita/peso, e che non risentisero eccessivamente delle cariche e scariche a bassa temperatura.
Non sono state impiegate massivamente, se non nel ultimo decennio, per il loro deciso carattere "esplosivo"; in effetti ci sono stati casi di batterie di laptop e telefonini soggette a richiamo da parte della casa madre a causa di esplosioni o incendi. Ma alla fine siamo riusciti a domare "la bestia", capire cosa le portasse ad essere "pericolose" e adesso possiamo, con relativa tranquillità, tenerle appoggiate all'orecchio o infilate in tasca.
La cella al litio e' un accumulatore che somiglia piu alla vecchia pila piombo-gel con cui condivide alcune caratteristiche di carica e scarica ed e' molto differente dalle due precedenti tecnologie di accumulatori conosciuti come NI-MH e NI-CD.
In primisi le celle al litio non hanno bisogno di essere cilindriche come le loro madri e nonne, ma possono sfruttare qualsiasi forma geometrica senza problemi di capacita residua nelle "zone profonde" a vantaggio dei nostri dispositivi; ma la forma ne influenza ancora il costo, per cui questa caratteristica la si sfrutta solo dove necessario al decimo di millimetro (vedi i laptop che hanno ancora le celle cilindriche mentre i telefoni le hanno parallelepipedali) ma anche per la sicurezza, visto che' e' piu facile contenere l'eventuale sovrapressione in un cilindro che in un parallelepipedo (anche se vi e' sempre una valvola di sfogo).
Secondo: le celle al litio hanno un efficienza di carica mostruosa rispetto alle precedenti tecnologie, infatti si parla di rendimenti di carica superiori al 99% rispetto ad un 66% di una NI-MH, con conseguenti vantaggi in ricarica dove una cella al litio resta fredda rispetto ad una NI-MH evitando sprechi di energia.
Terzo: le celle al litio hanno una corrente di carica che puo essere anche multiplo di quella considerata come capacità di scarica, le si puo caricare con correnti di 1C o anche 5C (da 1 a 5 volte la capacita' di scarica, ovvero una batteria da 1000mAh puo essere caricata per un'ora con una corrente di un'ampre o anche per soli 12 minuti con una corrente di 5A) e ci sono batterie in sviluppo per usi specifici che avranno capacita di carica di 200C.
Quarto: tensione di cella relativamente stabile; ovvero e' stabile a sufficienza da non creare problemi all'elettronica collegata, ma ha anche una certa pendenza con la capacita residua, in modo da poter sorvegliare meglio appunto la capacità residua.
Quinto: alta capacita di scarica; ovvero capace di fornire molta corrente al dispositivo, quindi adatta anche a dispositivi voraci come laptop.
Sesto: nessun effetto "memoria", quindi la si puo ricaricare anche per 5 minuti nel caso di bisogno.
Ma... a tutto c'e' un ma. E per le celle a litio di "ma" ce ne sono vari.
Invecchia: se la si usa o meno la cella comunque ha un suo invecchiamento, molto piu spinto delle precedenti tecnologie. Nessuno ve lo dirà mai, ma la pila del vostro dispositivo, anche se trattata con i guanti bianchi, perde capacità per il solo fatto del tempo che passa. Quindi acquistate una nuova batteria solo quando vi serve e assicuratevi che la data di produzione sia il piu recente possibile.
Soffre il caldo: piu la si scalda piu invecchia rapidamente; benche vi siano tecnologie per celle al litio con riserva fino ad oltre 200°c le nostre celle hanno problemi a partire da temperature superiori 50C°. Quindi: mai lasciare il dispositivo dietro una finestra al sole o in macchina sotto il sole, nemmeno d'inverno! Se avete necessita di conservare a lungo una pila al litio dovreste caricarla a circa la meta della sua capacita e poi metterla nel freezer, cosi perderà circa l'1% di capacità all'anno ma dovrete controllarne e ripristinare la carica ogni 3-4 mesi.
La scarica profonda fa male: nella cella i processi chimici portano alla distruzione della stessa se la tensione scende al disotto dei 2v, potrebbero formarsi dei ponti conduttivi tra i due poli portando la cella al cortocircuito con relativa possibilita' di esplosione ai successivi cicli di carica scarica; per questo nella batteria c'e' un po di elettronica che scollega la cella dai contatti che vanno al dispositivo in modo da far capire che e' ora di sostituirla impedendo anche la ricarica (si c'e' dell'elettronica anche nella batteria; avete presente quei casi di "batteria non riconosciuta"? bhe l'elettronica non fa solo in modo da farsi riconoscere come "originale" ma controlla SEMPRE lo stato della cella e a seconda dei parametri che rileva puo scollegarla dai contatti che vanno al dispositivo). Comunque ad evitare la scarica profonda ci pensa l'elettronica dell'utilizzatore che lo spegne nel caso la tensione scenda al disotto di 3.45v (in genere), ma alcuni di noi a volte riaccendono il dispositivo (magari anche staccando e riattaccando la batteria per bypassare il blocco imposto dall'utilizzatore) per leggere l'ultimo sms o mandarne uno; questo fa male alla cella, e in alcuni casi potrebbe portare ad intervento l'elettronica dentro la batteria, rendendo il dispositivo insensibile alla ricarica, come se non ci fosse nessuna pila nel dispositivo, e costringendo a volte a dover sostituire la batteria.
La carica al 100% fa male. Qui apriamo un vaso di pandora: la capacita della cella al litio non e' ben definita, principalmente e' funzione della tensione che le si impone come fine carica; ovvero, la tensione massima di una cella al litio dei nostri dispositivi e' tra 4.2 e 4.3 volt (nominale 4.25v +/- .05v) oltre i quali la vita media della cella viene rapidamente compromessa, ma la quantita' di energia accumulata è proporzionale alla tensione di ricarica, quindi per accumulare energia si deve "salire" con la tensione di carica portandosi al limite di specifica (per questo, nei dispositivi che hanno la funzione, potete leggere come tensione di fine carica sempre valori di qualche millivolt inferiori ai 4,2 V) ma questo, benche entro i paramentri, risulta stressante per la cella; inoltre, a causa di una nostra abitudine, i circuiti di ricarica fanno si che la cella venga sottoposta a questa parte di stress molto piu di quello che si pensa. Facciamo un esempio di cella che viene caricata durante la notte relazionando carica e stress: nella prima parte la cella è scarica (3.5V) e sottoposta ad 1C con quasi nessuno stress; la cella inizia ad accumulare carica e la tensione sale; tipicamente dopo un ora ha raggiunto l'80-90 % della capacità e la tensione ha raggiunto i livelli nominali massimi, in questa situazione lo stress della cella e' alto in quanto la tensione e' vicina ai massimi di specifica; la corrente di carica si riduce ma la cella continua ad essere fortemente stressata dalla tensione ai limiti di specifica; in genere dopo altre due ore la corrente di carica e' arrivata ad 1/100 C e la carica viene sospesa; non appena il circuito di ricarica si ferma, il dispositivo collegato alla batteria assorbe energia (eh si, lo abbiamo lasciato acceso!) e abbassa lentamente la tensione di batteria; appena tale tensione raggiunge i 4.05V il circuito di ricarica si attiva nuovamente per ripristinare la capacità di batteria e in 10 minuti riporta la tensione ai massimi di specifica sottoponendo la cella di nuovo a forte stress, quindi si disattiva e il ciclo si ripete stressando molte volte la cella in poche ore. Lasciare il dispositivo acceso durante la carica di notte (o per molte ore) fa invecchiare la cella.
Quindi come comportarsi per avere una batteria che duri il piu possibile nel tempo?
Bhe partendo dalla premessa che una batteria di oggi dura in media 4 anni e che spesso il prodotto che va ad alimentare non e' piu tecnologicamente valido dopo 4 anni, verrebbe da dire "chissenefrega", ma in verità maltrattare la cella porta degli svantaggi ovvi: minore durata, frequente necessità di ricaricare, spegnimenti improvvisi...quindi un po di cura puo permetterci di godere al meglio il nostro (spesso salato) accessorio tecnologico. Inoltre le statistiche dicono che una cella che fa cicli completi dura meno di una che fa cicli parziali, ma ovviamente quella che fa cicli parziali a parità di uso fa piu cicli (se con una carica completa si fanno 2 gg con una parziale magari si fa solo 1 gg), ma esce fuori una relazione strana: se ci si limita ad utilizzare una capacita totale del 50-60% sfruttando solo la carica dall'80% circa al 30% circa, la durata e' molto piu che raddopiata nel numero di cicli, si parla di 1000 contro 2500.
Quindi? per quanto possibile dovremmo:
Tenere il dispositivo al fresco
Non caricare mai al 100%, ma portare al 80-90% e poi scollegare (in genere un'ora di ricarica e' sufficiente)
Non scaricare mai oltre il 20% per quanto possibile.
Ricaricare sempre quando si ha occasione, anche solo 1 minuto o fino a raggiungere l'80-90% di capacità.
Mantenere il dispositivo spento se si ricarica durante la notte o per piu di tre ore.
Caricare al 50% circa e conservare al fresco il dispositivo che si intende "parcheggiare" per un po di tempo.
Curiosita' varie:
i produttori di batterie prima di spedirle al costruttore del dispositivo caricano la batteria a circa il 50% per impedire che l'autoscarica faccia scattare la protezione dell'elettronica sulla batteria.
L'elettronica interna della batteria influisce sulla carica residua piu dell'autoscarica della cella stessa, ovvero se non ci fosse l'elettronica la batteria avrebbe un'autoscarica minore (percio' bisogna ripristinarne la carica in caso di stoccaggio!)
Alcune batterie recenti hanno l'elettronica concepita per mantenere la cella scollegata finche non viene effettuata la prima ricarica, per evitare la scarica durante l'immagazzinamento.
Mito della prima carica sfatato. La prima carica e' quella che ha fatto il produttore della cella, non siete voi;
Il dispositivo puo essere acceso appena acquistato: infatti la batteria sarà carica a circa il 50%. Fanno caso a parte i dispositivi che avranno le batterie che si attivano dopo la prima ricarica, qui ovviamente il dispositivo sembrera' morto finche non effettuera' una ricarica, anche parziale.

Il post e' stato minimamente ri-editato per migliorarne la leggibilita' ed eliminare qualche orrore ortografico.

[niccs87]

Terzo: le celle al litio hanno una corrente di carica che puo essere anche multiplo di quella considerata come capacità di scarica, le si puo caricare con correnti di 1C o anche 5C (da 1 a 5 volte la capacita' di scarica, ovvero una batteria da 1000mAh puo essere caricata per un'ora con una corrente di un'ampre o anche per soli 12 minuti con una corrente di 5A)

Ciao, quindi io potrei caricare il mio telefono in meno tempo se trovassi un caricatore a 5C?? ("C" per cosa starebbe?!)

[diego63]

Da una tua conversazione in altra sezione, mi è sembrato di capire che un'altra credenza popolare la screditare sarebbe la calibrazione della batteria tramite quelle pseudo utility che si trovano anche sul market. Confermi?

[androgiallo]

cosa dire: post che chiarisce ed approfondisce in modo davvero ottimo molte questioni (e miti...) sulle batterie al litio!! davvero un buon lavoro!!

[Rete3G]

Allora...ho letto le prime tre righe e c'erano solo una fracassa di balle e imperfezioni.
Non sono state sviluppate in Russia negli anni 60, ma alle Cinque Terre negli anni 80 (te lo dico perche in quel Team di lavoro c'ero io).
Dici che le celle al litio non hanno bisogno di essere cilindriche... Cosa ??? Ma sei serio??? Gioia mia...se le celle non fossero cilindriche a quest'ora i firewall di sistema non lavorerebbero su piattaforme dual core ma esclusivamente su cache a 2 GB. E ti rendi conto cosa vorrebbe dire...???!!!! Che tutte le chiamate in uscita si rivolgerebbero a Hello Kitty. Si, a Hello Kitty in persona....che tu credi un semplice gattino invece è un produttore di firewall che ti fa spendere un sacco di soldi per riassettare le cache del desktop del tuo smartphone ogni volta che lo metti in carica. E' chiaro quel che ho detto? Se non è chiaro rileggilo.
Scrivetemi in tanti...

[androgiallo]

Allora...ho letto le prime tre righe e c'erano solo una fracassa di balle e imperfezioni.
Non sono state sviluppate in Russia negli anni 60, ma alle Cinque Terre negli anni 80 (te lo dico perche in quel Team di lavoro c'ero io).
Dici che le celle al litio non hanno bisogno di essere cilindriche... Cosa ??? Ma sei serio??? Gioia mia...se le celle non fossero cilindriche a quest'ora i firewall di sistema non lavorerebbero su piattaforme dual core ma esclusivamente su cache a 2 GB. E ti rendi conto cosa vorrebbe dire...???!!!! Che tutte le chiamate in uscita si rivolgerebbero a Hello Kitty. Si, a Hello Kitty in persona....che tu credi un semplice gattino invece è un produttore di firewall che ti fa spendere un sacco di soldi per riassettare le cache del desktop del tuo smartphone ogni volta che lo metti in carica. E' chiaro quel che ho detto? Se non è chiaro rileggilo.
Scrivetemi in tanti...

allora una cosa molto produttiva e utile per tutti sarebbe quella di parlare degli errori che hai trovato nel primo post....si è qua apposta e penso che tutti debbano imparare da chi ne sa di più!

[Craccotutto89]

Buon post.. ma molto di quello che hai scritto è opinabile..
Punto 1 quando te dici che le batterie al litio
"sono state sviluppate in russia negli anni 60 per asservire alle necessita' aereospaziali" sbagli e ti sbagli di grosso NON è VERO..
Sono state sviluppate in Singapore centro associato di ricerca con sperimentatori russi ( diverso da prodotto in Russia) mi pare di ricordare che ci ha lavorato anche un italiano un tale Guidotti mi pare..
Punto 2 Quando hai parlato di celle al litio credo che tu abbia omesso un paio di dettagli tutt'altro che trascurabili:
Te scrivi: La cella al litio e' un accumulatore che somiglia piu alla vecchia pila piombo-gel con cui condivide alcune caratteristiche di carica e scarica ed e' molto differente dalle due precedenti tecnologie di accumulatori conosciuti come NI-MH e NI-CD. Tutto da verificare.. opinabilissimo io le produco fisicamente nella mia azienda a Monaco per conto terzi e come normativa europea sono tutte dalla prima all'ultima Instimastate. Ti spiego instimastare è quel procedimento che evita il surriscaldamento degli elettroni all'interno dell'accumulatore d'energia è come un limitatore di giri in un auto. Per questo mi sembra un po strano ciò che dici..

3 Non vorrei fare il sapientino ma i produttori seri come noi come i vari Gibbin, Scatamacchia ( leader italiani ) Doina S.p.a ( az dell'est ) o De riu corporate
Cedono batterie al litio completamente scariche per evitare quel fenomeno chiamato : cirmatizzazione polare ( in parole povere rischio di piccole esplosioni )

[androgiallo]

io in materia sono abbastanza ignorante: chi ne sa be più di me potrebbe spiegare in modo chiaro e definitivo se la fantomatica "calibrazione della batteria" che propone qualche applicazione (e anche qualche recovery) serve a qualcosa!?!?!? thx

[lupoalba]

La teoria direbbe di si, ammesso che la cella ne sia capace, ma il circuito che controlla la carica e' all'interno del dispositivo, quindi anche collegando un "caricabatteire" con capacita di 5 volte quella del caricabatterie in dotazione, il circuito di carica non utilizzerebbe questa disponibilita' non essendo progettato per usarla.
Quindi: purtroppo no.
Dovresti togliere la battteria dal dispositivo e caricarla esternamente (ovviamente ammettendo che la cella sia capace di correnti di carica elevate)

[lupoalba]

Da una tua conversazione in altra sezione, mi è sembrato di capire che un'altra credenza popolare la screditare sarebbe la calibrazione della batteria tramite quelle pseudo utility che si trovano anche sul market. Confermi?

In effetti, visto cio che e' stato pubblicato in prima pagina alcuni mesi fa dove si riportava che uno degli sviluppatori android aveva chiarito cosa il sistema scriva in quel file, la reputo una cosa non necessaria ma nemmeno dannosa; ma se ci aggiungi che il sistema elimina il file al raggiungimento del 100% della carica....