Le celle Li-ion vengono classificate per motivi storici in base alla capacità C espressa in mAh, ma quello che veramente ci interessa ai fini dell'autonomia è il contenuto di energia E che sono in grado di erogare al di sopra della tensione di cutoff inferiore.
L'energia E immagazzinata dalla cella , può essere misurata in watt per ora [Wh] o in Joules [J] e le 18650 che usiamo hanno una capacità energetica che varia tra i 3 ed i 12 Wh ovvero tra 10800 e 43200 J (Joules = 3600 * Wh).
Energia E e capacità C sono legate tra loro ma non necessariamente con proporzionalità diretta. In prima approssimazione l'energia si ottiene moltiplicando la tensione nominale di 3.6 o 3.7 volt per la capacità :
E = 3.7 * C
Ad esempio per una LG HG2 di capacità C = 3000 mAh e tensione nominale 3.7 V, si ottiene
3000 * 3.7 = 11000 mWh = 11 Wh = 11*3600 = 39600 J
Tale capacità energetica è reale solo se si scarica la cella a corrente molto bassa, tipicamente 0.2C ovvero, se C = 3000mAh, a 0.6 A.
In realtà la HG2, se scaricata a 10A fino alla tensione di cutoff di 2.5V sotto carico, eroga poco meno di 10Wh, si veda: LG INR18650HG2 Akkutest in der Dampfakkus.de AkkuDB.
Idem per la Samsung 30Q, si veda http://www.nkon.nl/sk/k/30q.pdf.
La regola generale è che aumentando la corrente di scarica diminuisce sensibilmente la capacità della cella. Nel grafico che segue, estratto dal datasheet ufficiale delle Samsung 30Q, si può chiaramente vedere (curva blu) come l'energia estraibile dalla cella diminuisca all'aumentare della corrente di scarica. Se a 3 A si riescono ad estrarre 10.44 Wh, a 20 A si estraggono solo 9.33 Wh ovvero il 10% in meno. Se si scaricano a 0.2 C ovvero a 0.6 A si arriva addirittura ad 11 Wh.
Supponiamo di avere una cella da 10 Wh ovvero da 36000 J. Una domanda legittima è quanto possiamo svapare con tale cella.
Diciamo che svapiamo a 20W e che il tiro medio dura 4 secondi. Allora l'energia strettamente necessaria per ogni tiro è
20 * 4 = 80 J.
Dividendo la capacità energetica della cella (espressa in Joule ) per l'energia necessaria per un singolo tiro, determiniamo il numero teorico dei tiri che potremo fare:
conversione: 10 Wh = 10*3600 = 36000 J
numero di tiri : 36000/80 = 450
Quindi, in linea di principio, con una cella da 36000 J, possiamo fare 450 tiri da 4 secondi alla potenza di 20W. La realtà è un po' diversa in quanto entrano in gioco le perdite del circuito di controllo che sono del 5-20% circa, in funzione di tante variabili quali ad esempio, la qualità del circuito. Pertanto riusciremo a fare non più di 400 tiri. Inoltre una parte dell'energia immagazzinata dalla cella non è estraibile dalle box in quanto la capacità nominale dichiarata si ottiene scaricando la cella fino a 2.5V circa mentre nel vaping, quando la tensione scende sotto un valore di guardia, tipicamente 3-3.2 V (non sotto carico), la box si ferma e la capacità rimante rimane inutilizzata. La quantità di energia che non possiamo utilizzare dipende da cella a cella in quanto le curve di scarica sono tutte diverse.
Quindi la capacità nominale va ridotta del 10-20% per tener conto delle perdite del circuito e di un'altra quota del 10% circa che tiene conto del cutoff prematuro delle box. L'entità della quota di energia estraibile in condizioni di vaping può essere calcolata con precisione solo conoscendo le caratteristiche della cella e quelle del circuito.
Nella mia esperienza ho constatato che, con il mio stile di vaping, riesco ad estrarre circa 2/3 dell'energia nominale di una cella. Ciò significa che da una LG HG2 da 10 Wh ( a 10 A ) ovvero 36000 J, riesco ad estrarre 24000 J corrispondenti a 300 tiri da 4 secondi a 20W.
Ricapitolando, il metodo per stimare approssimativamente il numero N di tiri da s secondi che possiamo fare alla potenza P [W] con una cella di capacità Q [mAh]:
N = 2/3 * 3.7 * (0.9 * Q * 3.6)/( s * P) = 8*Q / (s*P)
Esempio: Q = 2600 mAh, P = 15 W, s = 3 secondi:
N = 8*2600/(15*3) = 462 tiri
L'energia E immagazzinata dalla cella , può essere misurata in watt per ora [Wh] o in Joules [J] e le 18650 che usiamo hanno una capacità energetica che varia tra i 3 ed i 12 Wh ovvero tra 10800 e 43200 J (Joules = 3600 * Wh).
Energia E e capacità C sono legate tra loro ma non necessariamente con proporzionalità diretta. In prima approssimazione l'energia si ottiene moltiplicando la tensione nominale di 3.6 o 3.7 volt per la capacità :
E = 3.7 * C
Ad esempio per una LG HG2 di capacità C = 3000 mAh e tensione nominale 3.7 V, si ottiene
3000 * 3.7 = 11000 mWh = 11 Wh = 11*3600 = 39600 J
Tale capacità energetica è reale solo se si scarica la cella a corrente molto bassa, tipicamente 0.2C ovvero, se C = 3000mAh, a 0.6 A.
In realtà la HG2, se scaricata a 10A fino alla tensione di cutoff di 2.5V sotto carico, eroga poco meno di 10Wh, si veda: LG INR18650HG2 Akkutest in der Dampfakkus.de AkkuDB.
Idem per la Samsung 30Q, si veda http://www.nkon.nl/sk/k/30q.pdf.
La regola generale è che aumentando la corrente di scarica diminuisce sensibilmente la capacità della cella. Nel grafico che segue, estratto dal datasheet ufficiale delle Samsung 30Q, si può chiaramente vedere (curva blu) come l'energia estraibile dalla cella diminuisca all'aumentare della corrente di scarica. Se a 3 A si riescono ad estrarre 10.44 Wh, a 20 A si estraggono solo 9.33 Wh ovvero il 10% in meno. Se si scaricano a 0.2 C ovvero a 0.6 A si arriva addirittura ad 11 Wh.
Supponiamo di avere una cella da 10 Wh ovvero da 36000 J. Una domanda legittima è quanto possiamo svapare con tale cella.
Diciamo che svapiamo a 20W e che il tiro medio dura 4 secondi. Allora l'energia strettamente necessaria per ogni tiro è
20 * 4 = 80 J.
Dividendo la capacità energetica della cella (espressa in Joule ) per l'energia necessaria per un singolo tiro, determiniamo il numero teorico dei tiri che potremo fare:
conversione: 10 Wh = 10*3600 = 36000 J
numero di tiri : 36000/80 = 450
Quindi, in linea di principio, con una cella da 36000 J, possiamo fare 450 tiri da 4 secondi alla potenza di 20W. La realtà è un po' diversa in quanto entrano in gioco le perdite del circuito di controllo che sono del 5-20% circa, in funzione di tante variabili quali ad esempio, la qualità del circuito. Pertanto riusciremo a fare non più di 400 tiri. Inoltre una parte dell'energia immagazzinata dalla cella non è estraibile dalle box in quanto la capacità nominale dichiarata si ottiene scaricando la cella fino a 2.5V circa mentre nel vaping, quando la tensione scende sotto un valore di guardia, tipicamente 3-3.2 V (non sotto carico), la box si ferma e la capacità rimante rimane inutilizzata. La quantità di energia che non possiamo utilizzare dipende da cella a cella in quanto le curve di scarica sono tutte diverse.
Quindi la capacità nominale va ridotta del 10-20% per tener conto delle perdite del circuito e di un'altra quota del 10% circa che tiene conto del cutoff prematuro delle box. L'entità della quota di energia estraibile in condizioni di vaping può essere calcolata con precisione solo conoscendo le caratteristiche della cella e quelle del circuito.
Nella mia esperienza ho constatato che, con il mio stile di vaping, riesco ad estrarre circa 2/3 dell'energia nominale di una cella. Ciò significa che da una LG HG2 da 10 Wh ( a 10 A ) ovvero 36000 J, riesco ad estrarre 24000 J corrispondenti a 300 tiri da 4 secondi a 20W.
Ricapitolando, il metodo per stimare approssimativamente il numero N di tiri da s secondi che possiamo fare alla potenza P [W] con una cella di capacità Q [mAh]:
N = 2/3 * 3.7 * (0.9 * Q * 3.6)/( s * P) = 8*Q / (s*P)
Esempio: Q = 2600 mAh, P = 15 W, s = 3 secondi:
N = 8*2600/(15*3) = 462 tiri
