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Vi presento il confronto tra le prestazioni di due celle famose, la Samsung 25R v5 da 2500 mAh e la Sony VTC6 da 3000 mAh, entrambe classificate da Mooch come celle da 20 e 19 A di scarica continua.
Qui vi presento dei dati inediti che riguardano le prestazioni delle celle a scarica pulsata al trascorrere della vita.

Una fase di scarica consiste in una successione di erogazioni pulsate: 75W per 5 secondi seguiti da una pausa di 15 secondi, altri 5 secondi a 75W ed altra pausa di 15 secondi e così via fino ad esaurimento della carica ovvero fino al raggiungimento della tensione minima di 2.5V sotto carico.

Una fase di carica consiste nella carica della cella a corrente massima compresa tra 400 e 600 mA fino al raggiungimento della tensione di 4.2V dopodiché a tensione costante la cella viene caricata fintanto che l'assorbimento di corrente raggiunge i 50mA.

Un ciclo completo di carica/scarica dura diverse ore e consiste in
  • una fase di carica completa
  • una fase di riposo di 15 minuti
  • una fase di scarica completa
  • una fase di riposo di 30 minuti

Il test consiste in una ripetizione continua di cicli di carica/scarica completi. In 24 ore si riescono ad eseguire 5/6 cicli completi ed in una settimana si eseguono 35/42 cicli e pertanto l'esaurimento della vita di ogni cella avviene in qualche mese. La finalità del test è quella di misurare il decadimento delle prestazione delle celle al progredire della vita ovvero al progredire dei cicli di carica/scarica accumulati.
La prestazione viene misurata nei termini di autonomia di una cella completamente carica ovvero in secondi di erogazione a 75W. Ad esempio se una cella riesce a sopportare 60 erogazioni pulsate da 5 secondi a 75W, la sua autonomia è 60*5=300 secondi. Ad ogni ciclo di carica/scarica la cella si danneggia internamente ed inevitabilmente la sua autonomia diminuisce.
Nel grafico che segue è riportata l'autonomia delle due celle al progredire della vecchiaia (misurata in cicli accumulati). Le prestazioni ad ogni ciclo sono indicate da un puntino, la curva continua rappresenta l'interpolazione dei dati sperimentali con un curva esponenziale ad esponente negativo. Aggiornerò il grafico ogni settimana man mano che avrò a disposizione dati nuovi.


Dati aggiornati al 21/03/17


VapingTime-cicles-75W-2_5Cut.jpg



Si può osservare che la Sony VTC6 da nuova (al primo ciclo di scarica) ha un'autonomia di 390 secondi che si riduce a 375 s dopo 10 cicli, 350 s dopo 50 cicli e 330 s dopo 100 cicli.
Al ciclo 258 la VTC6 smette di funzionare in quanto non si carica più sopra i 3.8V.
La Samsung 25R v5 da nuova ha un'autonomia di 310 secondi che rimane invariata fino al ciclo 13 e scende a 300 secondi al ciclo 50 e a 295 secondi al ciclo 100.

Che la VTC6 garantisca maggior autonomia della 25R non è una sorpresa essendo da 3000 mAh contro i 2500mAh della 25R, ovvero il 20% in più. Questo è un dato puramente nominale.

L'autonomia reale della VTC6 rispetto a quella della 25R è
  • maggiore del 26% da nuova
  • maggiore del 21% dopo 10 cicli
  • maggiore del 16% dopo 50 cicli
  • maggiore del 12% dopo 100 cili
  • maggiore del 6 % dopo 200 cicli
  • la vtc 6 smette di funzionare al ciclo 258, la 25R5 non dà segni di cedimento

Si nota chiaramente che le prestazioni della VTC6 diminuiscono molto più rapidamente di quelle della 25R ovvero che la VTC6 invecchia molto più rapidamente della 25R.
Nella tabella che segue è riportata la perdita di capacità energetica di ciascuna cella rispetto alla capacità da nuova al progredire dei cicli


Perdita relativa di capacità energetica all'aumentare dei cicli di lavoro accumulati
N. CicliSam 25R5VTC6
100.3%4%
502%10%
1005%14%
20010%22%
25011%26%
30012%
35013%

Si nota che dopo 50 cicli di carica/scarica a 75W pulsati, la Samsung 25R5 perde il 2% della sua capacità energetica, mentre la Sony VTC6 perde il 10%.

Alcune precisazioni
  • La scelta di eseguire il test di vita ciclica con scarica pulsata a 75W è un compromesso ragionevole tra i tempi di realizzazione dei test ed il realismo delle condizioni di utilizzo.Si potrebbe obiettare che nessuno o pochissimi usano una singola cella da 20A continui a 75W ma ciò non è del tutto esatto. Chi la usa con erogazioni da 60W su box elettronica, tenendo conto di un'efficienza del 80% del circuito, richiede esattamente 75W alla cella. E non illudetevi che l'efficienza sia superiore in quanto l'efficienza dichiarata dai produttori di box è sempre quella massima raggiungibile solo quando la tensione di erogazione è prossima a quella della cella. D'altra parte se avessi eseguito i test a basse potenze, diciamo a 20W, la vita delle celle sarebbe troppo lunga e probabilmente ogni test dovrebbe durare anni e non mesi.

  • Si può obiettare che la tensione di cutoff di 2.5V utilizzata nei test è troppo bassa e che normalmente si scarica la cella fino a 3/3.2V. Vero, ma la tensione di cutoff nominale (quella dichiarata dai produttori) è 2.5V il che significa che i produttori dichiarano che le loro celle si possono utilizzare normalmente fino a 2.5V. I 3.0/3.2V sono un limite dei circuiti elettronici (che sotto a tali tensioni non riescono più a funzionare) del tutto artificiali rispetto alle celle. Limitarsi a 3.2V significa lasciare inutilizzata nelle celle una certa quantità di energia che può raggiungere anche il 60% quando si utilizzano a correnti di scarica prossime a quella nominale (cioè quando la caduta di tensione sotto carico è rilevante). Si consideri ad esempio l'andamento della fase di scarica del ciclo numero 1 della Samsung 25R riportato nel grafico che segue. Le barre colorate verticali indicano le prestazioni della cella se il cutoff, invece che essere fissato a 2.5V fosse stato fissato a 3.2V, 3.0V e 2.8V. In tal caso, invece che le N=62 pulsazioni (puff) di autonomia avremmo ottenuto N=24 , N=38 ed N=55 puff rispettivamente. In altri termini, usando una box elettronica con cutoff fisso a 3.2V, a 75W di potenza l'autonomia sarebbe stata di soli 24 puff!


scarica 1.jpg

  • Si osservi che essendo le pulsazioni a potenza costante di 75W, all'inizio della fase di scarica la corrente erogata è di circa 21A mentre nelle ultime pulsazioni è prossima ai 30A.


Riporto per completezza l'andamento di tensione e corrente durante una fase di carica della Samsung 25R
Carica Sam25R_1.jpg

Si noti che la corrente di carica non è propriamente costante, ma variabile tra i 500 ed i 700 mA circa, per effetto della gestione del circuito di carica (basato sull'integrato Texas Instruments BQ21040). Correnti di carica così basse non sollecitano la cella e comportano una breve durata della fase di carica alla tensione costante di 4.2V.
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