Batterie al Litio, queste sconosciute.

[lupoalba]

E' un post lungo ma vorrei aprire una piccola parentesi sulle celle al litio che alimentano i nostri dispositivi poiche 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", dovevano essere leggere, con un altissimo valore capacita/ volume e capacita/peso, che non risentisero eccessivamente delle cariche e scariche a bassa temperatura.
Non sono state impiegate massivamente per dispositivi portatili se non nel ultimo decennio per il loro deciso carattere "esplosivo"; in effetti ci sono stati casi di batterie di laptop o telefonini soggette a richiamo da parte della casa madre a causa di esplosioni o incendi.
Ma alla fine siamo riusciti a domare "la bestia" e capire cosa le portasse ad essere "pericolose" e quindi adesso possiamo con relativa tranquillità tenerle appoggiate all'orecchio o infilate in tasca.
La cella al litio e' un accumulatore che in un certo verso somiglia piu alla vecchia pila piombo-gel, con cui ne condivide alcune caratteristiche di carica e scarica, ed e' molto differente dalle due precedenti tecnologie di accumulatori conosciuti da tutti 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 tutto vantaggio dei nostri dispositivi, ma la forma ne influenza ancora il costo, per questo 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 volete conservare a lungo una pila al litio dovete caricarla a circa la meta della sua capacita e poi metterla nel freezer, cosi perderà circa l'1% di capacità all'anno.
La scarica profonda fa male: infine si e' scoperto che 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 e impedendo la ricarica (si c'e' dell'elettronica anche nella batteria del cellulare; 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 del dispositivo 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'elettronica) 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 compromessa, ma la quantita' di energia accumulata è direttamente proporzionale alla tensione di ricarica, quindi per accumulare energia si deve "salire" con la tensione finale di carica portandosi al limite di specifica (per questo nei dispositivi che lo supportano potete leggere come tensione di fine carica sempre tensioni di qualche millivolt inferiori ai 4,2 V) ma questo benche entro i paramentri risulta stressante per la cella, inoltre i circuiti di ricarica per una nostra abitudine, 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 per funzionare (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 al litio.
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 al litio 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.
Alcune batterie recenti hanno l'elettronica fatta per mantenere la cella scollegata finche non viene effettuata la prima ricarica, in modo da evitare la scarica durante l'immagazzinamento.
Mito della prima ricarica: sfatato. La prima ricarica e' quella che ha fatto il produttore della cella, non siete voi; la vostra prima ricarica deve essere come tutte le altre.
Il dispositivo puo essere acceso appena acquistato, infatti la batteria sarà carica a circa il 50%, la cella e' gia a regime. 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.

[VinoRosso]

Mi si è aperto un mondo! Grazie Lupoalba!
Alberto VinoRosso

[efsoft]

E' un post lungo ma vorrei aprire una piccola parentesi sulle celle al litio che alimentano i nostri dispositivi poiche ne sento di cotte e di crude tali da mettersi le mani nei capelli.
...........Omissis..........................
Il dispositivo puo essere acceso appena acquistato, infatti la batteria sarà carica a circa il 50%, la cella e' gia a regime. 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.

Mi sono imbattutto nella tua spiegazione relativa alle batterie al Litio e posso solo (anche in ritardo rispetto alla pubblicazione) ringraziarti per essere riuscito a farmi mettere in ordine le poche cose che sapevo ed avermi fornito molte altre informazioni utili.
Vorrei però farti una ulteriore domanda (spero non sia stupida .
Ho visto varie sigle usate per definire questo tipo di batterie, agli ioni di Litio LiIon, Litio-Polimeri LiPo, ultimamente su un Tablet leggo la sigla LiFe. Che differenze ci sono tra queste che sembrano avere la comune caratteristica di celle al Litio.
Grazie in anticipo.

[lupoalba]

Mi sono imbattutto nella tua spiegazione relativa alle batterie al Litio e posso solo (anche in ritardo rispetto alla pubblicazione) ringraziarti per essere riuscito a farmi mettere in ordine le poche cose che sapevo ed avermi fornito molte altre informazioni utili.
Vorrei però farti una ulteriore domanda (spero non sia stupida .
Ho visto varie sigle usate per definire questo tipo di batterie, agli ioni di Litio LiIon, Litio-Polimeri LiPo, ultimamente su un Tablet leggo la sigla LiFe. Che differenze ci sono tra queste che sembrano avere la comune caratteristica di celle al Litio.
Grazie in anticipo.

A parte le LiFe che non mi erano ancora pervenute (ma ci documenteremo ) ioni di litio e polimeri di litio condividono molto le caratteristiche, ma possiamo anche sviscerare un po meglio le differnze volendo.
Intanto appena posso mi documento un pochetto su le LiFe....

[efsoft]

A parte le LiFe che non mi erano ancora pervenute (ma ci documenteremo ) ioni di litio e polimeri di litio condividono molto le caratteristiche, ma possiamo anche sviscerare un po meglio le differnze volendo.
Intanto appena posso mi documento un pochetto su le LiFe....

Nel frattempo ti ringrazio e attendo fiducioso.

[lupoalba]

Nel frattempo ti ringrazio e attendo fiducioso.

....purtroppo le LiFe Y sono fuori dal mio giro in quanto di uso prettamente automotivo....
Mi hanno passato solo pochissime info e da queste mi chiedo: le hai trovate su uno smartphone? quale? sono sufficientemente diverse dalle LiPo da far sorgere spontanea la domanda.

[efsoft]

....purtroppo le LiFe Y sono fuori dal mio giro in quanto di uso prettamente automotivo....
Mi hanno passato solo pochissime info e da queste mi chiedo: le hai trovate su uno smartphone? quale? sono sufficientemente diverse dalle LiPo da far sorgere spontanea la domanda.

Si la domanda origina, non da uno smartphone ma da un Tablet di origine cinese. Forse avrai sentito parlare del Pike 7', offerta del distribure Ekoore che ha scatenato un sacco di scontento per i ritardi accumulati nel consegnare il dispositivo. Io lo avevo preordinato e per puro caso (non avevo affatto urgenza) mi è arrivato, in ritardo, ma il 20/3
Baloccandomi un po' ho avuto modo di vedere che, sia alcuni dei programmii usati come controllo Batteria, sia smart system info e z-device test mi segnalavano per la batteria tecnologia LiFe, mentre nel sito ufficiale si parlava di Litio polimeri (e nel sito Eken per il gemello cinese del Pike genericamente di batteria litio).
Quando ho visto il video del tablet fatto da Batista 70 che era sorpreso dal fatto che una batteria da 2400 mAh reggesse l'utilizzo di un HD 500Gb connesso all USB host del Pike, mentre altri tablet richiedevano alimentazione esterna, ho ricominciato a pensare alla batteria LiFe che non conoscevo. Da li a chiedertolo dopo aver letto la tua guida il passo è breve
La cosa è tutta qui e se ti può interessare ne sono contento. Alla prossima

[lupoalba]

Si la domanda origina, non da uno smartphone ma da un Tablet di origine cinese. Forse avrai sentito parlare del Pike 7', offerta del distribure Ekoore che ha scatenato un sacco di scontento per i ritardi accumulati nel consegnare il dispositivo. Io lo avevo preordinato e per puro caso (non avevo affatto urgenza) mi è arrivato, in ritardo, ma il 20/3
Baloccandomi un po' ho avuto modo di vedere che, sia alcuni dei programmii usati come controllo Batteria, sia smart system info e z-device test mi segnalavano per la batteria tecnologia LiFe, mentre nel sito ufficiale si parlava di Litio polimeri (e nel sito Eken per il gemello cinese del Pike genericamente di batteria litio).
Quando ho visto il video del tablet fatto da Batista 70 che era sorpreso dal fatto che una batteria da 2400 mAh reggesse l'utilizzo di un HD 500Gb connesso all USB host del Pike, mentre altri tablet richiedevano alimentazione esterna, ho ricominciato a pensare alla batteria LiFe che non conoscevo. Da li a chiedertolo dopo aver letto la tua guida il passo è breve
La cosa è tutta qui e se ti può interessare ne sono contento. Alla prossima

Effettivamente un pochetto mi interessa, i principali produttri di celle al litio (veramente in pratica gli unici) sono i cinesi, e ultimamente si stanno gettando su tutte le associazioni dei metalli delle terre rare per poter produrre celle con caratterisriche molto particolari, quasi uniche.
Nel post ho parlato di celle con temperature di esercizio fino anche a 200 gradi centigradi, e in effetti quelle con l'attinio per quello che sapevo erano ancora in sviluppo, mentre mi sono reso conto che sono oramai una realta' appunto la cella di cui tu parli, LiFe Y.
Cmq la capacita di pilotare carichi pesanti da un host usb non dipende esclusivamente dalla batteria, ma ovviamente e' necessario che questa sia molto ben dimensionata perche con il processo di step up della tensione da 3.3v ai 5 necessari per un hdd usb, serve davvero un bel po di corrente.
Cmq sono celle che in genere hanno tensione nominale di 3.3 v un rapporto capacita' volume leggermente inferiore a quello delle celle al litio, la possibilita di scarica anche fino a 2,5 v e di massima tensione di carica fino a 4,2v, soffrono meno le alte temperature, e sono capaci di altissime correnti di carica e di scarica (sono nate per soddisfare le richieste del campo automotivo), e grazie al range di tensione piu esteso delle litio o polimeri, le si puo evitare di usare nella zona fatidica di invecchiamento precoce portando i cicli di ricarica utili a circa 10 volte quelli di una litio classica (intorno ai 10.000 cicli).
E'strano che l'abbiano usata in un tab, perche a parita' di volume avrebbe meno capacita' per l'uso che se ne dovrebbe fare, ma se conosco bene i cinesi, invece di caricarla a 3,65 la sfruttano fino ai 4,2 compensando il gap in capacita e fregandosene dell'invecchiamento. Di sicuro la si potrebbe caricare in tempi brevissimi se il caricatore e l'elettronica interna sono stati ben dimensionati;una cella da 2400mA/h potrebbe ricaricarsi in circa 5 minuti.
Quanto ci impiega a ricaricarsi dal 10% al 100%?

[efsoft]

Effettivamente un pochetto mi interessa,......... (omissis).....
E'strano che l'abbiano usata in un tab, perche a parita' di volume avrebbe meno capacita' per l'uso che se ne dovrebbe fare, ma se conosco bene i cinesi, invece di caricarla a 3,65 la sfruttano fino ai 4,2 compensando il gap in capacita e fregandosene dell'invecchiamento. Di sicuro la si potrebbe caricare in tempi brevissimi se il caricatore e l'elettronica interna sono stati ben dimensionati;una cella da 2400mA/h potrebbe ricaricarsi in circa 5 minuti.
Quanto ci impiega a ricaricarsi dal 10% al 100%?

Posso provare nel fine settimana e dirti il tempo che ci mette la batteria a ricaricare nel range da te indicato. Al momemnto, con il rischio di dirti delle fesserie, posso solo notare che la batteria in questione si ricarica fino a 4190 mV. Due giorni addietro ho
dimenticato di mettere in Mode Aereo il Tablet e con l'Wifi attiva quando l'ho ripreso la batteria era a zero (cosa che in genere con
quelle al litio io evitavo) Temevo di aver fatto danni ma apparentemente la batteria si è ricaricata, direi anche velocemente, fino ai
4173 mV e continua a funzionare senza problemi. Comunque ti faccio sapere.
Per il momento grazie dell'interessamento e dell'informazioni.

[lupoalba]

Posso provare nel fine settimana e dirti il tempo che ci mette la batteria a ricaricare nel range da te indicato. Al momemnto, con il rischio di dirti delle fesserie, posso solo notare che la batteria in questione si ricarica fino a 4190 mV. Due giorni addietro ho
dimenticato di mettere in Mode Aereo il Tablet e con l'Wifi attiva quando l'ho ripreso la batteria era a zero (cosa che in genere con
quelle al litio io evitavo) Temevo di aver fatto danni ma apparentemente la batteria si è ricaricata, direi anche velocemente, fino ai
4173 mV e continua a funzionare senza problemi. Comunque ti faccio sapere.
Per il momento grazie dell'interessamento e dell'informazioni.

Ecco, appunto, almeno per la tensione massima la usano come una normalissima litio o polimeri, se hanno usato anche la tensione minima come quella delle litio, scaricarla fino a 0 non fa assolutamente nulla alla LiFe che ha una tensione minima di 2.5 v, spero solo che abbiano concepito anche l'elettronica di batteria in tal guisa e non abbiano usato quella di una litio classica.
Bhe vediamo il rate di carica che hanno usato. Il caricabatterie che corrente massima riporta in etichetta?
Son curioso.