Newsgroup: it.hobby.modellismo
Titolo: Un po' di info sulle batterie NiCd e NimH x gli intaressati

 di scarica a 0,8 per cella e ricarica completa
    La cella (mi riferisco sempre alle NiCd)  e' un elemento elettrochimico
"vivo" sempre attivo. Lo scopo di qualsiasi cella elettrovoltaica e' il
ritrovamento dell'equilibrio chimico, quindi dell'annullamento della sua
carica. E' per questo motivo che emettono elettroni dal loro catodo per
raggiungere l'anodo e quindi chiudere il circuito quindi portando avanti la
reazione elettrochimica. Quando questo circuito esterno (il carico) viene a
mancare, l'elemento cerca questo equilibrio al suo interno in qualsiasi
modo, persino autodanneggiandosi in termini di efficienza se non controllata
(sino all'effetto "corto" causa inutilizzo). In qualsiasi cella, nuova o
vecchia, avvengono costanti microcorti al suo interno (piccoli dipoli creati
nello stesso elettrolita che interagiscono formando "grumi" o agglomerati).
Se la nostra cella e' in buono stato, la sua stessa energia o carica
provvedera' a rettificare questo problema ed ad auto estinguere questi
microcorti - e' un fenomeno in costante evoluzione (lo si puo' osservare in
un grafico di scarica aperta o con un oscilloscopio sempre in mV per
osservare la vitalita' di una cella). Le prime teorie spingevano sullo
storage in corto per annulare il pericolo corto ed invecchiamento
elettrolita ma presto si e' dedotto che questo rimuoveva alla cella la sua
stessa carica per questa auto-difesa. In ambe i casi, se la cella non viene
ciclata rischia la degradazione. Potete quindi tranquillamente riporre i
vostri pacchi (preferibilmente carichi) nel cassetto, con temperatura
ambiente al di sotto dei 20 ma al di sopra dei 5gradi centigradi per ridurre
la auto scarica (di piu' di 4 volte se a 5-10gradi). Un posto adatto sarebbe
un frigo "mite" a +8gradi. Fate bene attenzione pero' a non caricare mai una
cella a questa temperatura ma di aspettare che arrivi a temperatura ambiente
(da +20 a 30) dato che l'elettrolita convertirebbe il piu' della carica in
calore rischiando di danneggiare l'elemento.
    Una ultima nota riguardo all'effetto memoria che vedo e sento tanto
acclamato come causa di disgrazie. Innanzitutto questo fenomeno si verifica
dopo decine a decine di scariche sempre allo *stesso* punto di scarica in
tensione. Si e' appreso questo fenomeno dai dati delle telemetrie dai
satelliti durante gli anni 70. Gli elementi NiCd erano agli inizi e non si
conoscevano a fondo. Le batterie venivano caricate e *scaricate* sempre allo
stesso punto di scarica (DOD) per centinaia e anche migliaia di volte.
L'elettrolita non era "raffinato" nemmeno come quelli odierni, non
considerando gli odierni sinterizzati, figuriamoci. Da quello che ho potuto
vedere e sentire i modellisti (senza offesa a nessuno) utilizzano i pacchi
2-3 anni al massimo prima di "buttarli perche' non si fidano". Durante
questo periodo difficilmente riusciranno ad imporre "l'effetto memoria" o
piu' correttamente definito  "precharge memory condition". Inoltre questo
effetto e' *completamente* ed al 100% reversibile con cicli di
carica/scarica completi (con 2 cicli si arriva al 95% di rigenerazione nella
maggior parte dei casi). Quindi, non preoccupatevi di questo fenomeno o
problema fantasma, i problemi nell'utilizzo quotidiano delle NiCd sono ben
diversi. Dovete infatti premunirvi di non sovraccaricare mai oltre la sua
capacita' (C) un elemento NiCd - e' questa la causa nella stragrande
maggioranza dei casi dei problemi nelle celle. Bisogna avere un buon
caricabatteria in grado di riconoscere la carica completa della cella - la
tecnica del "delta peak" (negative voltage slope) e' ottimale per le NiCd
(ma non tanto per le NimH dove si utilizza Zero Voltage Slope o zero delta)
ed assicura la carica completa indifferentemente dalla tensione (nessuna
cella e' mai perfettamente identica ad una sua gemella). Quindi anche quando
nel pacco ci sono celle con EOC (fine carica) leggermente diversa, verranno
comunque caricate tutte date che la somma delle tensioni individuali dovra
risultare decrescente prima che il caricabatteria interrompa la carica. Le
celle gia' cariche ovviamente risentiranno di questa leggera sovraccarica,
ma a correnti inferiori al C/2 non sara' un problema a lungo termine. E'
chiaro che se solo un elemento in un pacco e' assai degradato questo puo'
non solo "crollare" sotto il carico
molto prima degli altri ma anche contribuire alla sovraccarica dei suoi
compagni in serie se il caricabatterie non rileva l'anomalia. Carica
batterie degni di nota hanno un controllo sulla tensione massima
raggiungibile da un pacco. Di norma si considera limite di allarme i 2V per
cella con carica a correnti forti (>C5).
    Fatte queste considerazioni risulta ovvia che pacchi con minor numero di
celle in serie sono meno vulnerabili a problemi e dato che le celle in serie
hanno una vita piu' "equilibrata" in tutti i sensi. Pacchi con oltre 8 celle
NiCd possono avere piu' del 100% delle probabilita' di anomalie casuate da
un solo elemento.
    Vorrei infine spezzare una lancia in favore di queste grandiosi celle
NiCd rispetto alle NimH. Le NiCd possono essere "maltrattate" quindi
sovraccaricate, sovrascaricate, lasciate per periodi indefiniti senza
utilizzarle e non risentire di grosse variazioni di efficienze, sempre entro
i limiti di vita dell'elettrolita e dell'umano (se con sovraccaricare
intendete pompare 10A in una cella da 1Ah allora questo e' disumano ed anche
pericoloso) mentre le Nimh al contrario di quanto publicizzano molti sono
risultate molto piu' delicate in questi termini. Hanno di certo una
capacita' maggiore rispetto alle gemelle (maggiore densita di carica per
stesso volume) ma sono anche piu' critiche da mantenere. Hanno anche una
resistenza interna maggiore delle sorelle NiCd quindi "sedendosi" molto di
piu' sotto pesanti correnti. Se si e' sotto una certa soglia di
assorbimento, le NimH possono dare anche il doppio di capacita' ma oltre
questa soglia limite inizia ad interagire troppo la loro resistenza interna
generando piu' calore che energia con il rischio di definitivamente perdere
capacita' nella cella (disidratazione dell'idrogeno sino al "venting" della
cella). Non sono quindi molto indicate in modelli elettrici da
"competizione" o ad alto assorbimento. Le stesse NiCd possono risentire di
questi problemi se gli anelli collettori sono troppo sottili (all'interno
dell'elemento). Quindi non e' sempre vero che una cella NiCd duri di meno di
una NimH con capacita' superiore se queste vengono utilizzate con correnti
elevate. Il risultato sarebbe che la cella NimH si riscalderebbe oltre il
normale utilizzando gran parte della sua carica in questo processo invece
che sul carico esterno (gruppo motore/regolatore).
    Ho troncato qui - mi sembra tocchi abbastanza argomenti da chiarificare
un po' dei vostri dubbi! Ringrazio pubblicamente il mio guru e spero sia
stata cosa gradita!
----
                                The Battery Man


.... .... ....
Peronalmente ti ringrazio perche' mi hai chiarito un bel po' di cose in maniera
molto convincente. Mi resta pero' un piccolo dubbio: le batterie dei cellulari
hanno vita relativamente breve in confronto al quadro che hai disegnato tu e,
soprattutto, per esperienza diretta (mio padre non voleva saperne di scaricare
completamente il telefonino prima di ricaricarlo), mi pare accusino molto prima
l'effetto memoria (non ho purtroppo sperimentato la reversibilita'), come mai?

 l'effetto memoria (non ho purtroppo sperimentato la reversibilita'), come
mai?
    Allora, anche se il discorso sarebbe molto piu' ampio di quello che
potrebbe inizialmente apparire, cerchero' di risponderti in maniera breve.
    Prima di tutto, non hai specificato quale tipi di batterie per
cellulari - NiCd, NimH o Lithium Ion?
Tutte e tre hanno caratteristiche notevolmente diverse sia di scarica, di
autoscarica, di carica, di resistenza interna e di tensione per elemento.
Tralasciamo le Li-Ion per ora dicendo brevemente che hanno una tensione di
oltre 3,6V per elemento, che non sopprtano scarica "violente", che hanno una
autoscarica bassissima ma sono assai critiche in carica e scarica e che
hanno una curva di scarica molto piu' ripida delle altre 2 quindi anche una
maggiore differenza di tensione tra cella carica e scarica.
    Quindi rimaniamo con le NiCd e NimH. Nei cellulari oramai le NiCd sono
state praticamente abbandonate data la loro minore "energia" rispetto alle
NimH ed anche perche' il Cadmio e' molto velenoso e quindi il mercato ha
spinto verso questa cella "verde" ma che poi ha altre conseguenze non molto
documentate sull'ambiente ma che tralasceremo.
    Ci sono vari fattori da considerare che compromettono e influenzano la
"vita" di una cella - forse scontate ma spesso non considerate.
Innanzitutto, il pacco e' "originale" o "clone" ? Questo cosa significa?
Potrebbe non significare nulla, ma potrebbe significare il mondo.
All'esterno un pacco vale l'altro (o quasi), ma all'interno che elementi ci
sono? Sono di marca preselezionati o sono scarti degli scarti? E' vero che
il nome uno lo paga, ma e' anche vero che una buona parte dei soldi che uno
spende e' dovuto alla qualita' delle celle (oddio, c'e' sempre l'eccezione -
ma in generale diciamo cosi'). Non sto a spiegare cosa e' la cella
selezionata e quella di "scarto" ma diciamo che grosso modo, in una catena
di produzione di celle da 1200mAH alla fine di questa catena si effettuano
delle prove e man mano che si va avanti nella scaletta le celle bocciate
vengono "degradate" a 1100mAH e poi 1000mAH e magari anche a 800mAH. Inoltre
se le celle hanno grosse impurita' nell'elettrolita o collettori,
degenereranno prima quindi il pacco si "scarichera'" prima o non reggere la
corrente media durante la conversazione e "spegnere" il telefono mentre alla
riaccensione il misuratore da meta' carica. Questo vale sia per le NimH che
per le NiCd - la teoria dello scarto e' comune a molte catene di produzioni
(inclusa quella dei famosi processori).
    Tornando alle altre motivazioni, il pacco quanto e' stato in deposito?
Hai mai controllato la data di produzione del pacco (che comunque e' dopo di
quella delle celle che contiene)? E la temperatura a cui sono state
immagazzinate? Teoricamente "ambiente" ma questo e' un po' generico
(inverno/estate). Considera che le celle NiCd hanno una autoscarica
inferiore alla NimH, e ciclandole si riprendono velocemente - ma il problema
e' che le NimH quando rimangono scariche per periodi prolungati tendono a
perdere la loro "precarica" (un processo di compensazione messo a punto in
ca. 10 anni di studio e impresso al momento della creazione della cella) e
tendono quindi disidratare l'idrogeno che non verra' piu' assimilato. Questo
si conduce in un effettivo "svanimento" della capacita' della cella quindi
del pacco NON reversibile. Il tempo che ci vuole perche' questo si verifica
e direttamente proporzionale alla purezza dell'elettrolita, piu' e' puro e
piu' tempo ci vorra' perche' questo accada.
    Altro problema (sempre non da poco) e' il caricabatterie del tuo
cellulare. A che corrente carica? Sicuramente sara' di tipo "veloce" e cioe'
carica completa in un'ora massimo. Questo vuole dire che una pacco da 800mAH
verra' caricato a ca. 850ma per un'ora. Questo tipo di carica si chiama
carica a 'C' cioe' alla capacita' dell'elemento + le perdite. Le celle
insomma sono caricate in maniera non dolce ma soprattutto, non e' detto che
si equalizzino con queste cariche veloci. Il pacco e' composto minimo da 4
elementi, per telefoni piu' vecchiotti anche 5 o 6. Piu' elementi ci sono e
piu' c'e' probabilita' che uno solo degli elementi del pacco si degradi
prima e con una carica cosi' non sara' possibile ri-equalizzarlo. Anche se
si scarica il pacco fino al minimo, se non si cambia il tipo di carica la
cella in difficolta' avra sempre la peggio. I carica batterie dei cellulari
forniti con il telefono hanno solo un tipo di carica, ed e' quella veloce.
Rarissimamente nel cellulare e' presente un integrato "smart" che carica le
celle a correnti variabili (per non parlare del monitoraggio degli sbalzi in
tensione quindi di resistenza interna della cella).
    Altro punto: come vengono scaricate i pacchi dei cellulari? O meglio,
quanta corrente assorbe un cellulare dal pacco e come? E' un'assorbimento
costante sempre uguale? No di certo. In "stand by" il cellulare puo'
assorbire pochi mAH con pero' "botte" di assorbimento fino a 200 o 300mAH
nel momento in cui comunica con la cella (cioe' il ponte in questo caso) di
appartenenza - infatti avviene quasi sempre a piena potenza inizialmente la
comunicazione. E poi sicuramente uno non usa il telefono di continuo sempre
allo stesso modo. Tutto cio' non imprime al pacco una "caratteristica" di
scarica. Anche questo si e' appreso da piu' di dieci anni di studio. Infatti
e' vero che la curva di scarica per una cella e' abbastanza definita, ma in
un contesto di "gruppo" subentrano i famosi equilibri - una cella non e' mai
uguale all'altra e persane una, si perde il pacco intero. Circa il 70% dei
dei pacchi buttati hanno UN solo elemento tra 4 o 6 che ha ceduto, mentre
gli altri sono ancora in forma. Quindi la selezione delle celle e'
importante: prendi 4 celle di 4 costruttori diversi con capacita' identiche
(o anche dello stesso costruttore se non preselezionate) ed ti verra' fuori
un pacco scadente. Prendine 4 dello stesso costruttore, anche se sono
scadenti, e ti verra' fuori un pacco sicurmante migliore. Tutto questo per
spiegarti il "brabatrucco" che usano produttori di pacchi "clone" o non di
marca. Gli elementi non sono nella maggior parte dei casi preselezionati
dalla ditta costruttrice e assemblati nei pacchi ma solo selezionati da
scarti con capacita' inferiore in modo che tutto sommato venga fuori un
pacco sufficientemente equilibrato da durare quel che basta. Aggiungi a
questo il tempo di immagazzinamento e quindi non utilizzo ed il tipo di
carica che si "prendono" appena comprate, intuerai che di certo il risultato
non e' ottimale. Basta che solo una delle celle sia di impedenza leggermente
piu' alta che in fase di carica si scaldera' di piu' alla stessa corrente
(ma maggiore tensione) ed il controllo in tensione massima del
caricabatterie potrebbe inibire la carica riportando errore o peggio ancora
carica completa. Risultato un pacco con una cella forse carica e le
rimanenti sicuramente parzialmente cariche - lascio intendere la durata.
    Insomma il discorso e' un mare aperto - quando si tratta di
elettrochimica e celle voltaiche bisogna stare molto attenti a saltare a
conclusioni affrettate e dare giudizi su cosa apparentemente ovvie.
Figuriamoci, ci sono voluti oltre 15anni per "capire" qualcosa di piu' sulle
NiCd grazie ai dati telemetrici dei satelliti e grazie a questa esperienza
si e' potuto bruciare delle tappe con le NimH ma questo non vuole dire
sapere tutto - ed ora siamo alle Li-Ion (ed altre ancora). Dal mio punto di
vista,  abbiamo solo scorto la punta dell'iceberg.
    Saluti,
--
                                Luca

 autoscarica, di carica, di resistenza interna e di tensione per elemento.
Sei stato veramente molto gentile, grazie!
Io a casa ho accumulato una certa quantita' di batterie vecchie per buttarle
via negli appositi contenitori ma poi sono finite in un cassetto e le ho
dimenticate li'. Dici che vale la pena aprirle e vedere se c'e' qualche
elemento buono o e' meglio tornare ai propositi originali (raccoglitore pile
esaurite)?
C'e' un modo un po' affidabile per stabilire se un elemento e' buono?
Grazie!