Batterie al litio e bicchieri di birra

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Batteria al litio
Batteria al litio per dispositivo mobile

Batterie al litio: come funzionano?

Batterie al litio
Se hai un dispositivo portatile moderno, con tutta probabilità include una o più batterie al litio: sfogliandone il manuale d’uso avrai notato che la documentazione relativa alle batterie è spesso lacunosa e, a volte, proprio inesistente.

Internet è piena di gente che parla di batterie: sfortunatamente, la maggior parte delle informazioni che ti danno è sbagliata. Ecco perché ti proponiamo questo articolo: è ora che tu sappia come funzionano le batterie, quali precauzioni prendere e quante leggende metropolitane ti hanno raccontato.

Abbiamo la fortuna di avere un produttore di batterie al litio nel nostro gruppo, per cui puoi fidarti di quello che ti diciamo.

Batterie al litioSiccome sappiamo che l’argomento è interessantissimo (ne abbiamo parlato letteralmente centinaia e centinaia di volte su Facebook) e che ci tieni a sapere subito come stanno le cose, abbiamo deciso di scrivere l’articolo a rovescio: partiamo col riassunto delle cose più importanti e poi le approfondiamo. In questo modo decidi tu se ti basta sapere poche cose (ma essenziali) oppure fin dove vuoi spingerti per saziare la tua sete di sapienza.

Ci sembra giusto anche anticipare che, qua e là, ci prenderemo qualche licenza poetica sui termini tecnici: non sono errori, ma imprecisioni volontarie inserite per semplificare le cose. Gli ingegneri ci perdoneranno quando diremo che una batteria contiene energia o corrente: sappiamo che dentro una batteria c’è carica elettrica, ma ad essere troppo precisi il discorso si complicherebbe e non tutti hanno una laurea in fisica.

Dal momento che praticamente tutti i dispositivi moderni utilizzano batterie al litio (LiPo o Li-Ion poco importa), faremo riferimento solamente a questa tecnologia: ricorda che batterie più datate o realizzate con altre tecnologie (NiMH, NiCd, PbSO4, gel, AGM, alcaline, …) funzionano diversamente e quanto ti spieghiamo in questo articolo non vale.

Batterie al litio


Quello che devi sapere

Partiamo con le 3 grandi verità sulle batterie al litio, che devi assolutamente sapere e ricordare:

  • le batterie non sono dei semplici contenitori di energia: sono “intelligenti” e sanno badare a sé stesse
  • la batteria di qualsiasi dispositivo con porta USB può essere caricata con qualsiasi caricatore con porta USB (inclusi power bank portatili, pannelli fotovoltaici con uscita USB e computer Windows ed Apple)
  • per la batteria non fa alcuna differenza se la carichi quando è ancora a metà o se aspetti che sia morta (ovvero non fanno alcuna differenza molte scariche parziali o poche scariche profonde)

Quello che è meglio sapere (ma si vive anche senza)

Batterie al litioIniziamo ricordando che i motivi principali che hanno portato all’uso del litio nelle moderne batterie (ricaricabili e non) sono due: “pesa” poco ed “ingombra” poco.
In altre parole, il litio permette di produrre batterie leggere e che contengono molta energia (pensa che, a parità di peso, possono immagazzinare da 2 a 3 volte l’energia di una batteria alcalina o NiMH e sono grandi poco più della metà); in realtà l’uso del litio porta anche altri vantaggi: manca completamente l’effetto memoria (che si presenta quando si caricano diverse volte le batterie senza averle scaricate completamente), non ci sono danni dovuti alla scarica completa (altre tecnologie soffrono moltissimo la scarica profonda), l’auto-scarica è molto ridotta (cioè dopo che hai lasciato la batteria a lungo in un cassetto questa è ancora quasi completamente carica) e garantisce un numero di cicli di carica molto elevato.

Tuttavia nulla è perfetto e, quindi, oltre a questi pregi il litio ha anche 2 gravi difetti: costa “tanto” ed è molto instabile.

Il costo, in verità, non è un gran problema: il prezzo è legato alla tecnologia e col passare del tempo lavorare il litio costerà sempre meno (cioè il problema si risolve da solo, basta pazientare).

È molto più serio, invece, il fatto che le batterie al litio abbiano la spiacevole tendenza ad esplodere: per questo motivo in tutte le batterie al litio è presente un’elettronica che misura continuamente la temperatura, quanta corrente entra e quanta esce, quanti cicli di carica sono stati effettuati e tante altre cose. È anche il motivo per cui è estremamente pericoloso aprire batterie al litio!

Batterie al litio

Dunque, se da una parte l’elettronica è indispensabile per evitare pericolosi incidenti (i quali, a volte, capitano comunque), dall’altra assicura il controllo dei processi di carica e scarica rendendo impossibile gli errori più comuni commessi con le batterie tradizionali (ricaricabili o no).

L’elettronica interna alle batterie al litio, infatti:

  • per evitare surriscaldamenti, limita la corrente assorbita durante la carica ed erogata durante l’utilizzo
  • per evitare danni dovuti ad un uso scorretto della batteria, impedisce scariche troppo profonde e cariche troppo prolungate
  • la qualità dell’elettronica e la “furbizia” del software sono molto importanti

Siccome l’elettronica conosce la capacità della batteria e “vede” cosa stiamo facendo (ogni batteria, anche se costa 3 euro, comprende diversi sensori al proprio interno), conosce in modo molto preciso la carica residua della batteria. Se una batteria può contenere 100 unità e ne abbiamo assorbite 35, lei sa che ne restano 65 (100-35). Se a quel punto ne mettiamo dentro 12 (una carica parziale, anche detta “biberonaggio”), lei sa che alla fine ce ne saranno 77 (65+12). Questo è utilissimo perché, oltre al fatto che noi leggiamo sul display la reale percentuale residua, quando l’elettronica rileva il 100% (piena carica) o lo 0% (batteria morta) “chiude la porta” ed isola la batteria dal mondo esterno. È come se noi, da fuori, avessimo staccato la batteria dal carichino oppure se l’avessimo estratta dal dispositivo.

Batterie al litio


Qualche numero, per capire meglio

Ragioniamo su qualche numero: fai finta che il tuo tablet abbia una batteria da 6.000 mAh (non formalizziamoci sul fatto che la batteria in realtà sia più grande o più piccola) e che sia programmata per accettare una corrente massima di 2.000 mAh. In linea teorica, la batteria potrebbe caricarsi in 6.000/2.000=3 ore.

Se attacchi un caricabatterie “da 3.000 mA”, la batteria in realtà ne accetta solo 2.000 (è programmata per questo e non ti permette di andare oltre) e il caricabatterie si adegua, erogandone solo 2.000. La batteria si carica in 6.000/2.000=3 ore.

Se attacchi un caricabatterie “da 2.000 mA”, lui darà tutto quello che può perché la batteria lo prende. La batteria si carica in 6.000/2.000=3 ore.

Se attacchi un caricabatterie “da 1.000 mA”, lui darà tutto quello che può, ma senza sfruttare tutta la capacità della batteria di accettare corrente e caricarsi “rapidamente”. La batteria si carica in 6.000/1.000=6 ore.


Le batterie non hanno un’anima

Ricorda che gli oggetti “intelligenti” non hanno un’anima: hanno una cpu, dei sensori e un software. Finché stai nei parametri, non succede niente di male. Dal momento che, nelle batterie, è il software che decide (e non tu) non è vero che caricare una batteria lentamente le fa “bene” (o, per lo meno, non è vero che le fa meglio rispetto a caricarla velocemente, visto che, comunque, la velocità non sarà mai superiore a quella di progetto della batteria): le batterie sono programmate per lavorare in certe condizioni e, grazie all’elettronica integrata, sei sicuro che non uscirai mai da queste condizioni e quanto tempo impieghi a caricarla non ha alcuna influenza pratica.

Ai tempi delle batterie NiMH, e ancora di più per le NiCd, una carica troppo veloce poteva distruggerle rapidamente, ma col litio le cose sono cambiate.

Batterie al litio


Sono tutte uguali?

Fino ad ora abbiamo parlato genericamente di litio ed abbiamo detto pregi e difetti di una tecnologia che da una parte è consolidata (di litio ce n’è oramai ovunque) ma dall’altra è in forte evoluzione (perché si stanno facendo ancora grandi passi avanti). Siccome il litio è un metallo disponibile in natura ti starai chiedendo: perché se cerco una batteria per la GoPro ne trovo da 3 euro (cinesi senza marca) e da 25 euro (originali GoPro)? Mi stanno fregando?

No, non ti stanno fregando. Quando compri una batteria stai pagando per la batteria, per l’assistenza in caso di problemi e per la ricerca e lo sviluppo. D’altra parte lo fai anche quando compri uno smartphone: un po’ del prezzo copre il costo dell’oggetto, un po’ lo sviluppo di hardware e software, un po’ il marchio.

 

Appoggiato per i fatti propri su un tavolo, il litio non accumula energia e, quindi, neppure te la rende. Per realizzare una batteria occorre combinare l’elemento base (il litio, in questo caso) con altri elementi. Dopodiché occorre inserire il composto in opportuni contenitori insieme all’elettronica di controllo ed, infine, commercializzare il prodotto finito.

Batterie al litioAd oggi, i diversi costruttori di batterie stanno ancora cercando quali siano i composti del litio che accumulano energia nel modo più efficiente possibile e, quindi, tra batterie di diversi costruttori ci sono differenze molto sensibili. E gran parte dei proventi delle vendite vengono reinvestiti in ricerca di composti più performanti.

Anche se sono grandi uguali le batterie di diversi costruttori possono avere diverse capacità (cioè contenere una diversa quantità di energia), possono sopportare un numero più o meno grande di cicli di carica e scarica (cioè durano più a lungo o esauriscono la propria vita prima), possono lavorare in modo efficiente in un range di temperature più o meno ampio (esistono batterie per ambienti freddi e caldi) e così via.

L’elettronica integrata in batterie piccole come quelle degli smartphone, tablet, action cam, … influisce pesantemente sul costo complessivo della batteria, per cui una batteria molto economica verosimilmente disporrà di un’elettronica poco sofisticata, che potrebbe portare a danni anche seri a persone e cose.

Il nostro consiglio è di scegliere sempre prodotti di marca, senza farsi tentare da occasioni troppo ghiotte: le bazze hanno (quasi) sempre la sorpresa. Ricorda che stiamo parlando della tua sicurezza e della durata dei tuoi gadget tecnologici.

Se hai una GoPro Hero 4 e ti servono batterie aggiuntive, puoi scegliere di prendere batterie originali o compatibili; tuttavia, se decidi per le compatibili, resta su marchi conosciuti ed affidabili: con Smatree e Patona noi ci troviamo bene, ma ce ne sono anche altre.

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Se non ne hai ancora avuta abbastanza e vuoi confrontare le caratteristiche delle batterie al litio con le altre tecnologie, qui trovi molto materiale.


E la birra?

Batterie al litioBeh, visto il numero di cose interessanti che ti abbiamo raccontato, sarebbe carino ce ne offrissi una…

In tutti i modi, concludiamo l’articolo dicendoti che vorremmo ti fossi chiarito le idee sul funzionamento delle batterie al litio e vivessi più tranquillo quando ti capiterà di caricare una GoPro o una Sony ed avrai con te solo il carichino dello smartphone oppure quando dovrai caricare il tablet Samsung con un MacBook Air.

Dunque, che fare?

Il nostro consiglio è di portare sempre con te un solo carichino molto potente, con 2 o 3 (o più) uscite da 2.1A (o più), che userai per tutti i tuoi gadget tecnologici sapendo che non stai rovinando niente. Ad esempio, D-Link ha un ottimo prodotto a catalogo, che usiamo da tempo con grande soddisfazione. E poi, alla bisogna, è anche un hub USB molto performante.

Ti consigliamo anche di portare con te un grosso power bank, se sai che non avrai accesso ad un’alimentazione di rete per lungo tempo, con almeno 2 porte USB a cui attaccare i tuoi dispositivi. Dal momento che anche i power bank incorporano batterie al litio, non risparmiare sulla qualità. Abbiamo provato quello di Unotec, da 20.400mAh il quale, nonostante l’enorme capacità, è piuttosto leggero e compatto. Le misure effettuate sul power bank hanno dato una capacità reale molto vicina a quella nominale.

 

Ora ricorda sempre: tutto quello che abbiamo scritto vale per le batterie al litio e solo per quelle. Tutte le altre funzionano diversamente.

Le batterie non al litio sono senza elettronica interna, quindi non possono controllare nulla. Ti danno tutto quello che chiedi e prendono tutto quello che dai loro: se esageri si rovinano e degradano rapidamente, quindi sei tu a dover verificare di non eccedere i limiti (che normalmente sono scritti sulle batterie o sulla confezione).

Batterie al litioLe batterie al litio funzionano come un lavandino in cui versi acqua da un rubinetto e la fai uscire dallo scarico. Le dimensioni del rubinetto e dello scarico limitano la quantità di acqua che entra ed esce e tu non puoi andare oltre questi limiti. Le batterie senza elettronica funzionano come un bicchiere di birra: se metti la birra troppo in fretta fa un sacco di schiuma e ce ne sta di meno. E se la bevi molto in fretta parte della schiuma resta sul fondo e non ti permette, alla bevuta successiva, di riempire del tutto il bicchiere.

Per me una Guinness, grazie! E continuate a seguirci su Heroblog…