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Precisazioni sulle Batterie 18650

Mi sento obbligato a fare alcune precisazioni sulle batterie 18650 Li-ion in quanto è uno degli argomenti di interesse generale dei vapers sui quali si sentono più stupidaggini. Sia in questo forum che in altri ho letto cose alquanto discutibili. Qualcuno pubblica specifiche di fanta-batterie da 50 A di scarica continua.

Tutti sanno che

  1. 18650 significa 18 mm di diametro e 65 mm di lunghezza
  2. che la tensione nominale è 3.7 V( volt) , che a piena carica la tensione è 4.2 V e che la batteria si considera scarica quando la tensione scende sotto un certo valore intorno ai 3.2 V
  3. che la capacità della batteria si esprime in mAh (ad esempio 2000 mAh o 3000 mAh)
  4. che un parametro importante è la massima corrente di scarica continua (ad esempio 15A o 25 A)

Il problema è che quasi nessuno sà che cosa realmente è la massima corrente di scarica continua, nota come DCR (Discharge Continuous Current) .
Molti pensano, erroneamente, che sia la massima corrente erogabile in modo continuo dalla batteria. La definizione corretta è solo apparentemente molto simile:

DCR è la massima corrente erogabile in modo continuo dalla batteria a partire dallo stato di carica completa fino alla scarica completa (alla tensione di cutoff), in condizioni di sicurezza e senza danni permanenti.

In termini meno formali è la massima corrente di scarica continua che il produttore consiglia. Il produttore è responsabile per eventuali danni prodotti dall’uso conforme alle specifiche da lui fornite, ma non è responsabile per un utilizzo non conforme. Pertanto, considerato anche che i pochissimi produttori di celle Li-ion si chiamano Samsung, LG, Panasonic e Sony, le DCR dichiarate sono estremamente cautelative e derivano da un’analisi statistica sulle prove di scarica effettuate su numerosi campioni e dall’applicazione di opportuni coefficienti di sicurezza.

Ma come sono fatte le prove?
Cliccando qui trovate le prove effettuate sa Sony sulle sue famosissime VTC5. Fate attenzione al terzo grafico che riporta le prove di scarica continua fino alla tensione di cutoff di 2.5 V, a 0.5 A, 2.5 A,10 A e 20 A. Notate che a 20 A la temperatura della batteria a fine scarica raggiunge circa gli 80 °C (curva verde tratteggiata) mentre a 10 A arriva a malapena a 50°C.
Sony non pubblica i risultati per correnti di scarica superiori, sebbene la batteria in questione possa arrivare ben sopra senza esplodere nè danneggiarsi gravemente, perchè ritiene che 20A sia il limite di sicurezza da consigliare agli utenti e di cui si assume la responsabilità. In altri termini ritiene che le probabilità che le VTC5 usate a 20A possano produrre danni all’utente (ed enormi danni economici e di immagine all’azienda se l’utente chiedesse un risarcimento) sia quasi nulle. Perchè proprio 20A? Perchè la massima temperatura raggiunta è inferiore (di poco) agli 80°C e a tale temperatura la soluzione elettrolitica contenuta nella cella non subisce danni ed è lontana dall’ebollizione che potrebbe causare fuoriuscite e nel peggiore dei casi esplosioni.
Più o meno tutti i costruttori seri basano il rating delle loro batterie sulla massima corrente di scarica continua per la quale la batteria non supera a temperatura d 75-80 °C.

Se la stessa batteria viene comprata da un produttore che fà solo “rewrapping” ovvero che ci incolla sopra un rivestimento con il suo marchio, ad esempio la pletora di XXXFire che si trovano in giro, e che non ha rischi di immagine e nemmeno economici (in Italia, ad esempio, una SRL con 11 k€ di capitale sociale), tale produttore, se ha un minimo di etica le può reclamizzare come batterie con DCR = 30 A e può anche pubblicare le curve dimostrando che a 30A arrivano a poco più di 100 °C. Un altro “rewrapper” meno scrupoloso le potrebbe dichiarare da 40 A magari dimostrando semplicemente che non esplodono e non prendono fuoco. Se poi succedesse poco male, tanto ne ha già vendute 1000000 e messo da parte qualche milione di Euro. Che il cliente, magari italiano, gli faccia causa nel distretto di Shenzen, la sua sede, è poco probabile e anche se gliela facesse cambierebbe poco, nella sostanza.

Qualcuno potrebbe essere tentato di andare oltre, confortato dal fatto che la VTC5 a 20 A raggiunge appena gli 80°C, temperatura di assoluta sicurezza per una Li-ion. Ma c’è un ma. Le prove vengono fatte con la batteria in aria a 25 °C. Noi le utilizziamo chiuse in una box, magari con rivestimenti plastici (che non conducono il calore) e a 20 A con scarsa dissipazione termica la temperatura dentro la box potrebbe crescere esponenzialmente fino a livelli pericolosi.
Pertanto anche se trovate il test delle VTC5 a 30 A pubblicato da qualcuno, vi consiglio di non sentirvi confortati.

Anche il fatto che svapando difficilmente si eroga per più di 10 secondi potrebbe dare un falso senso di sicurezza perchè se la box non dissipa bene il calore all’erogazione successiva la batteria parte da una temperatura più elevata e facendo chain vaping gradualmente si può arrivare a temperature proibitive.

Infine sappiate che Sony ha dichiarato che 1: che non ha mai prodotto le VTC5 per il mercato “consumer” prendendo così la distanza dai vapers, e 2: che non produce più le VTC5 da quasi 2 anni, per cui in caso di danni rivolgetevi ad altri.
Pare, in realtà, che Sony abbia ricominciato a produrre sia le VTC4 che le VTC5 (si vedano le prove ed i commenti di Dampfakkus.de) ma mantiene le distanze dall’uso nel vaping. Nell’incertezza, ritengo che non ci siano validi motivi per comprare delle VTC.

Dei test veramente completi sono quelli pubblicati dalla Samsung per le sue famose 25R e vi consiglio di guardarli qui. Stressano la batteria ben oltre ai 20 A dichiarati ed in pulsazione arrivano addirittura a 95 A.

Per completezza e per sfatare i luoghi comuni, aggiungo qualche info.

Le migliori Li-ion hanno resistenze interne Rb molto basse, dell’ordine delle decine di milli ohm da nuove (13 milli-ohm la resistenza dinamica della VTC5, idem per la samsung 25R. Le resistenze statiche sono poco superiori). Questo gli consente di erogare correnti I elevatissime che possono superare i 200 A. Naturalmente a 200 A la produzione di calore, pari ad 40000 *Rb [W], è molto elevata e pertanto tali correnti possono essere prelevate per brevissimi periodi altrimenti la batteria si cuoce.
Quando una batteria eroga corrente, la tensione ai suoi morsetti cala per effetto della resistenza interna. Se ad un determinato livello di carica, la tensione ai morsetti aperti è Vb, quando prelevate una corrente I la tensione ai morsetti risulterà ( per correnti non eccessivamente più grandi della massima)

Vm = Vb – Rb*I.

Ad esempio, se Vb =4.2 V (piena carica) ed Rb=0.02 ohm, quando la batteria eroga 10 A, la tensione ai morsetti sarà

Vm = 4.2 – 0.02*10= 4.0 V,

mentre se eroga 30 A,

Vm = 4.2 – 0.02*30= 3.6 V.

A 30 A, se la resistenza interna rimanesse costante (in realtà aumenta con la temperatura) la nostra batteria si ritrova a dover dissipare una potenza

P= Rb * 30^2=0.02*900 =18W

e tutti noi vaper sappiamo quanti sono 18 W, solo che qui devono essere dissipati dentro la box senza circolazione d’aria e senza evaporazione di liquido.

A 40 A la potenza da dissipare sarebbe di 32 W e lascio a voi immaginare l’inferno che si scatenerebbe dentro la box se tale corrente fosse prelevata per più di qualche secondo.

Infatti se guardate la prova della samsung 25R , quella denominata High pulse cycle life 2 , vedrete che prelevano in successione 95A per 0.5 secondi, 80 ampere per altri 0.5 secondi, 45 A per 5 secondi, 30 A per 6 secondi, poi aspettano 12 secondi senza prelevare corrente e ricominciano da capo, fino ad esaurimento della capacità. Con questo ciclo riescono ad usare la batteria senza danneggiarla ovvero senza arrivare a temperature eccessive.

Ritengo inoltre encomiabile che Samsung non dichiari la sua batteria da 25A, ma solo da 20A. Se guardate la prova di scarica continua a varie correnti (pag. 6/20) vedete che a 25A le due batterie testate superano entrambe, anche se di poco, i 100 °C e tanto basta a Samsung per quotarle a 20 e non a 25.

Infine una precisazione. Il fatto che nel nome della batteria compaia una sigla che sembrerebbe indicare la massima corrente di scarica, ad esempio

LG 35A 18650 2500mAh 3.7V

non significa che la batteria sia da 35A di DCR. E’ il classico specchietto per le allodole usato dai venditori. Il più delle volte quel numeretto è la massima corrente di scarica pulsata soltanto che così da solo non ha alcun senso in quanto sarebbe necessario precisare anche le caratteristiche della pulsazione (durata della scarica e durata del riposo). Ma su tanti siti di vendita quella batteria è dichiarata con DCR=35 A, quanto di più falso possibile e meritevole di una denuncia vera e propria.

Per quanto mi riguarda, attualmente uso due soli tipi di batterie: la Samsung Q30 e la LG HG2 dalle prestazioni molto simili, entrambe da 3000 mAh, sicure e con una discreta corrente di scarica continua e ulsata.

Articolo di:
Igiit