Vero ? Certo che sì. Lo provano le verifiche effettuate con le batterie al LITIO, tramite check-up di carica e scarica, peraltro senza “tirargli il collo”.
L’energia che viene immagazzinata in sede di carica viene restituita (quasi) integralmente in sede di scarica. A condizione che il tutto si svolga lentamente, senza produzione di calore.
Infatti la differenza tra le due energie che vogliamo misurare (quella in ingresso e quella utilizzabile in uscita) è proprio rappresentata da calore.
L’efficienza teorica sarebbe del 99,9% ma ci sono tante piccole dispersioni, all’interno degli elementi 18650. Lo dimostrano i test delle case costruttrici che evidenziano valori di resa (in Wattora) che calano al crescere dell’intensità della scarica (che provoca calore). Altrettanto dicasi per la carica.
La verifica è stata fatta con la centralina “MINI GRATIS” e software dedicato, in sede di verifiche di quanto proposto nella pubblicazione “DIECI PROGETTI ARDUINO ++ ..” di prossima uscita con SANDIT LIBRI.
Nello specifico si è testata un elemento 18650 SAMSUNG 30Q di un amico.
Il software esegue i conteggi sulla base della legge di ohm. Pertanto in ogni momento vengono conteggiati i milliamper x i volt.
Per la carica si fa riferimento alla caduta di tensione sulla resistenza di shunt, che è posta in serie alla batteria e per la scarica sulla resistenza di scarica, normalmente una o due da 10 ohm cadauna, in parallelo.
Pertanto, avendo a disposizione il dato dei volt ai capi di queste resistenze è facile determinare i milliamper che scorrono e di qui è facile fare il conteggio dei milliwatt (volt x milliamper). Sono valori che cambiano continuamente, durante la carica e durante la scarica, praticamente ogni secondo.
La batteria SAMSUNG 30Q testata (non so quanto nuova) ha dato questi risultati:
- carica cumulata: 10.365 milliwattora, cioè poco più di 10 wattora.
Il risultato ottenuto è inferiore alle attese, ma faccio notare che la centralina utilizzata ha evidenziato ai capi della batteria 4,16 volt di tensione massima, anziche i 4,20 volt impostati e suggeriti dal costruttore. La differenza sembra modesta ma comporta parecchie centinaia di milliwattora di carica in meno.
I dati indicati sul display, a fine carica, recitano, rispettivamente, i milliwatt di carica istantanea a fine carica (3.528) e quelli cumulati (10.365 milliwattora) in alcune ore di carica.
Notare, nella foto, il led rosso acceso che indica stop carica (di concerto con il cicalino).
Ma la verifica delle reali performance va fatta in sede di scarica.
Le SAMSUNG 30Q sono certificata dal costruttore per una scarica di 11 Wattora a 0.2C .
Ma, prima di evidenziare come è andata, riassumo le caratteristiche della centralina “MINI GRATIS” utilizzata.
Ho messo all’opera l’ultimo prototipo di centralina “MINI GRATIS” appena sfornato (sempre su millefori) con una resistenza di shunt di 2 ohm (5 resistenze da 10 ohm 1 watt in parallelo).
Questa soluzione consente di caricare la LITIO sino a 400 milliamper, ma basta e avanza.
Durante la carica il display mostra valori che cambiano continuamente, attorno ai 400 milliamper, perchè il software agisce in controreazione modificando continuamente il duty-cycle (51% nella foto), in più o in meno.
Con la resistenza di shunt indicata (2 ohm) lo “scalino” è di 5 milliamper pertanto l’intensità ruota attorno a 400 milliamper con variazioni di 5 milliamper o multiplo.
Comunque il conteggio viene effettuato continuamente con i valori del momento e il dato viene cumulato e mostrato a video. E’ un piacere osservare i conteggi, visualizzati a rotazione, se non fosse che è una recita piuttosto lunga e stancante.
Diversamente accade con batterie usurate o piratate, dove il processo di carica e scarica è molto velocizzato, ma con disappunto, perchè è assai deludente riscontrare prestazioni sconfortanti, tant’è che conviene ridurre a 200 milliamper o meno ancora la carica e altrettanto dicasi per la scarica.
La tensione di ingresso deve essere di 5 volt, esatti, diversamente i valori espressi perderebbero di attendibilità, stante il conteggio del microcontrollore (segmenti) rapportato proprio a 5 volt esatti.
La tensione è misurata con 2 decimali (centesimo di volt).
Vale la pena di ricordare che il processo di carica è quello raccomandato dal costruttore delle batterie vale a dire “Standard charge means charging the cell CCCV”, cioè fase iniziale e intermedia con carica a controllo di intensità (CC) e controllo tensione sul finale della carica (CV). Stop a 150 milliamper ( “and 150mA cut-off”).
Nel nostro caso abbiamo impostato, rispettivamente, 400 ma e 4,20 volt. Il software segue queste indicazioni.
La verifica delle tensioni sono una media, stante la carica ad impulsi, con utilizzo di un’onda quadra a frequenza altissima. Basta fare una scansione di 100 rilevazioni nell’arco di 200 millisecondi circa. Non serve stabilizzare le tensioni con un condensatore elettrolitico.
Non ci sono dispersioni nella centralina, perchè le tensioni utilizzate per i conteggi sono quelle sui connettori. In sede di scarica il microrelè cortorcircuita la batteria con la resistenza di scarica e, in sede di carica, fa fede la corrente che scorre nella resistenza di shunt.
Si è potuto notare che la carica e la scarica, con questa potente LITIO da 3000 milliamper hanno una durata di parecchie ore. E non si nota, al tatto, alcun aumento di temperatura della batteria.
Ma veniamo ai dati della scarica.
La carica è stata interrotta a 2,99 volt, come si vede a video e come previsto nel software.
I valori riscontrati a fine scarica, più importanti, riguardano:
- la durata della scarica: 3 ore, 40 minuti e 38 secondi;
- l’energia” scaricata: 9.587 milliwattora, cioè 9,6 Wattora.
La scarica è stata effettuata su 5 ohm (2 resistenze da 10 ohm in parallelo, che scaldano molto).
L’energia “utile” è molto inferiore agli 11 wattora promessi, ma superiori di un wattora a quando registrato nel test della SAMSUNG 25R.
Va però considerato il modo in cui è stato realizzato il test, cioè “senza tirare il collo” alla batteria, nè come tensione massima di carica (4,16 anzichè 4,20 volt), menchemeno come tensione minima di scarica (3,0 anzichè 2,8 volt).
Prima di questo test ne ho eseguiti altri 2, sulla stessa batteria, con un’altra centralina (sempre “MINI GRATIS” ma con resistenze e valori diversi) e i risultati della scarica erano stati sorprendentemente uguali (9,655 e 9.665) e poco distanti dalla verifica di quest’ultimo test.
In quei primi check-up anche la carica aveva registrato 2 valori simili, di pochissimo sopra i 10.000 milliwattora.
Circa il rendimento, cioè il rapporto uscite / entrate di questo ultimo check-up, siamo naturalmente sotto il 100% (si cumula la dispersione in sede di carica e quella in sede di scarica), ma non di molto.
Rendimento: 9.587 / 10.365 = 92,5 %
Siamo ben al di sopra del 90% e c’è da essere molto soddisfatti di questa batteria.
Sono inoltre particolarmente soddisfatto della centralina “MINI GRATIS” che è semplice da costruire ma dimostra di essere in grado di fare test comparativi molto interessanti e con tutta probabilità validi anche in assoluto.
Ricordo che le batterie al LITIO sono molto pericolose e occorre evitare cortocircuiti, pena il rischio di scoppio e incendio.
Il software (OPEN SOURCE) deriva da quello per check-up batterie al piombo da 12 volt. E’ piuttosto complesso. E’ distribuito nel CD che correda la pubblicazione SANDIT.
Il prossimo articolo lo dedico sempre alla SAMSUNG 30Q, ma con linguette. Una partita di queste batterie sono appena arrivate a C.S.Elettronica e le gradisco in quanto decisamente meno problematiche per quanti vogliono fare “pacchi” di potenza.
I prezzi di questi elementi 18650 di qualità sono finalmente in discesa e si aprono prospettive interessanti di utilizzo, in sostituzione delle batterie più tradizionali. Sto pensando di farlo per il progetto ULISSE di accumulo (faretti LED alimentati da batterie al piombo, caricate con un pannello fotovoltaico).
A breve il prossimo test.