Batterie al litio
In questo capitolo parleremo principalmente delle batterie di tipo 18650 che sono quelle usate in tutti i notebook, nonché nelle biciclette, monopattini e auto elettriche, nei PowerBank e in molti altri piccoli dispositivi.
In questa immagine si vede un’ottima 18650 Panasonic da 2000 mAh
Le 18650 sono le più convenienti come rapporto prezzo prestazioni e le uniche che si usano quando si deve immagazzinare molta energia.
Ma purtroppo abbiamo scoperto che spesso sono truffe !
5800, 6800, 8800, 9800 e addirittura 12000 mAh ?!
Non si tratta solo di truffe comuni ma di enormi fregature. In molti casi la capacità effettiva non è solo un po’ minore, ma nemmeno la metà, nemmeno un decimo e a volte nemmeno un trentesimo.
Siamo oltre la truffa, siamo a livelli da tagliargli le mani.
Scriviamo questo non solo per l’entità dell’inganno in termini di capacità elettrica,
ma per le dimensioni che ha preso questo commercio.
Centinaia di venditori vendono finte batterie 18650 e ne vendono numeri impressionanti,
rubando ogni giorno enormi cifre a migliaia di utenti… che spesso nemmeno si lamentano!
Nei prossimi capitoli spiegheremo i dettagli tecnici di questo inganno e come fare i test per provare senza ombra di dubbio che una batteria è una truffa, ma per adesso parliamo di venditori.
Non stiamo dicendo che tutti i venditori di queste finte batterie siano ladri. Molti di loro sono in buona fede e pensano di vendere ottime batterie a un giusto prezzo. In questi casi li informeremo e naturalmente loro smetteranno di venderle.
E se continuassero a venderle?
In tal caso finiranno nella lista dei cattivi che pubblicheremo qui di seguito.
Venditore avvisato…
Lista dei venditori che sono stati informati
e che continuano a vendere batterie farlocche
- Non abbiamo ancora scritto a nessuno.
- Quindi per ora la lista è vuota.
- Speriamo che resti così.
Batterie acquistate in rete
Abbiamo misurato diversi modelli di batterie che si acquistano su eBay e su Amazon, con la applicazione Theremino BatteryMeter (la trovate nel seguito di questa pagina).
Le migliori (migliori si fa per dire, sono una bella fregatura anche loro), sono risultate le X-Bal di colore rossiccio che pesano 44 grammi e che danno circa 2400 mAh (scaricandole a corrente costante con 500 mA).
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# Battery Meter – Final report
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# Capacity (Ah): 2.395
# Capacity (Wh): 8.631
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Il report completo si scarica con questo collegamento
Le peggiori sono risultate le X-Bal di colore blu, che pesano 24 grammi e che danno 240 mAh (scaricandole a corrente costante con 500 mA).
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# Battery Meter – Final report
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# Capacity (Ah): 0.233
# Capacity (Wh): 0.809
# ===============================
Il report completo si scarica con questo collegamento
Non si tratta di casi isolati, difetti o errori. Abbiamo provato almeno tre batterie per ogni modello e ci siamo sempre assicurati che fossero completamente cariche, caricandole con un buon caricabatterie, verificando con un secondo caricabatterie, controllando che la batteria facesse un buon contatto nel porta-batterie e anche verificando che la tensione iniziale superasse i 4.2 volt.
Abbiamo anche provato più volte le stesse batterie per vedere se ci fossero variazioni. La variabilità nell’ambito dello stesso modello è risultata molto bassa e anche abbassando la corrente di scarica a 200 mA non si sono ottenute capacità significativamente maggiori.
Capacità delle batterie 18650
Un metodo semplice per individuare le finte 18650 è leggere la capacità dichiarata.
Se supera i 4000 mAh allora si tratta di una truffa.
Non esistono batterie 18650 con capacità di 4000 mAh o maggiore, ne tanto meno possono esistere da 5000, 6000, 8000, 9000 o addirittura 12000! Anche le migliori Panasonic e Samsung arrivano al massimo a 2500 mAh, e costano oltre cinque euro l’una.
Sfidiamo qualunque venditore a mandarci una batteria che superi davvero i 3000 mAh.
Se è vero che esistono dimostratelo !
Per cui se trovate batterie da 5800, 6800, 8800, 9800, 12000 mAh e che magari costano meno di tre euro, potete stare sicuri al 100% che è una truffa.
E purtroppo non si tratta solo di perdere gli 8800 milliampere dichiarati. Non vi ritroverete con una buona batteria da 3000 mAh, ma avrete perso i soldi e anche la batteria. Queste batterie truffa quando le si misura non arrivano nemmeno a 2500 mAh e alcune nemmeno a 250 mAh.
Alcune di quelle che abbiamo misurato davano 230 mAh, nuove e appena caricate !
E’ come se vi vendessero una bottiglia da un litro e poi dentro ci trovate solo il fondo di un bicchiere, o nei casi migliori un mezzo bicchiere.
Il rapporto tra 8800 mAh e 230 mAh è di 38 volte, lo stesso che si vede tra questa bottiglia e il fondo del bicchiere colorato in rosso.
In altre parole è come se vi vendessero 30 litri di vino e poi vi spedissero una piccola bottiglia, che non contiene nemmeno un litro.
…………………
Capacità per chilogrammo
Secondo tutte le pubblicazioni sull’argomento la massima densità di energia delle batterie al litio non supera i 250 WattOra per chilogrammo.
Questa pagina contiene collegamenti a oltre 290 pubblicazioni sulle batterie al litio e nessuna indica capacità di oltre 265 Wh/kg.
Con una batteria 18650 da 44 grammi si possono quindi avere al massimo 11.66 Watt-Ora, che divisi per 3.6 volt fanno 3239 mAh. Se poi si sottrae il peso dell’involucro rimangono circa 30 grammi, che danno 2430 mAh. E questi infatti sono i valori massimi che si misurano nelle batterie 18650.
Ancora una volta si conferma
che le batterie 18650 da oltre 3000 mAh
sono sicuramente delle truffe.
Batterie di recupero, una alternativa sicura ed ecologica
Queste batterie vengono provate una per una, quindi si può conoscere la capacità effettiva prima di acquistarle.
E oltretutto si evita di smaltire batterie perfettamente funzionanti e si contribuisce a ridurre l’inquinamento.
https://www.wesellcells.eu/18650 https://www.wesellcells.eu/18650/it
Misurare la capacità delle batterie
Abbiamo scritto una applicazione che misura la capacità delle batterie con grande precisione.
Caratteristiche della applicazione “Theremino_BatteryMeter”
– Test con Corrente costante, Potenza costante o Resistenza costante.
– Visualizzazione degli Ampere ora, Watt ora e della Resistenza interna.
– Calibrazione di precisione degli ADC di misura della corrente e della tensione.
– Regolazione della corrente, potenza o resistenza di scarica.
– Regolazione della tensione minima di fine test.
– Possibilità di misurare batterie da 12 volt, 6 volt, 3.7 volt, 1.5 volt e 1.2 volt
– Possibilità di commutare le scale automaticamente (con un modulo aggiuntivo).
– Regolazione dell’intervallo di memorizzazione per il file di LOG.
– Rapporto finale con tensioni, correnti, ESR e capacità in Watt-Ora e Ampere-Ora
– Rapporto finale con Volt, Ampere, Watt-Ora e Ampere-Ora incrementali nel tempo.
– Rapporto finale anche in formato CSV, utilizzabile per fare grafici con Excel.
ISTRUZIONI PER L’USO DELLA APPLICAZIONE
Pannello centrale con i grafici
– Premendo il pulsante sinistro del mouse sul grafico e spostandolo a destra e sinistra, si sposta il punto centrale e si possono leggere i valori di tensione (V), potenza (W) e corrente (A), per ogni istante fino all’inizio del test.
– Se il cursore è sul grafico ruotando la rotella del mouse si cambia la scala orizzontale dei tempi.
– Si può cambiare la scala orizzontale anche premendo il pulsante sinistro del mouse sulla zona della scala inferiore e muovendo il mouse a destra e sinistra.
– Si può cambiare la scala verticale premendo il pulsante sinistro del mouse sulla zona della scala verticale e muovendo il mouse verso l’alto e il basso.
– Se si cambia la scala verticale premendo il pulsante del mouse nella metà superiore della scala, allora si modifica il valore massimo della scala, altrimenti si modifica il valore minimo.
Pannello sulla destra: INPUT OUTPUT OPTIONS
– Regolare gli Slot in modo che coincidano con quelli regolati nella applicazione HAL
– Regolare “Calibrations” aiutandosi con un tester. Se non sapete come fare impostateli ambedue a “1”.
– Regolare “Battery type” per il tipo di batteria (vedere in seguito come far corrispondere l’hardware).
Pannello sulla destra: BATTERY LOAD
– Regolare il tipo di scarica “Load Type”, solitamente si utilizza “Constant current”
– Regolare la corrente di scarica “Current (A)” senza esagerare, solitamente si utilizza 0.5 A
Pannello sulla destra: LOG
– Regolare un intervallo di tempo, solitamente si utilizzano 60 secondi.
Pannello sulla destra: STOP CONDITION
– Regolare la tensione di fine carica, solitamente per il Litio si regola da 2.5 a 3 volt.
Pannello a sinistra: CONTROLS
– Impostare il nome del test (ad esempio il nome che si scrive sulla batteria col pennarello).
– Prima di iniziare il test assicurarsi che la batteria sia completamente carica.
– Ricordarsi che la batteria deve fare buon contatto nel porta-batterie.
– Premere START TEST e attendere fino al suono di fine (di solito da 3 a 5 ore circa).
– Premendo nuovamente START TEST si può interrompere il test in anticipo.
– Il pulsante “SETTINGS PANEL” apre e chiude il pannello di destra con le impostazioni.
– I pulsanti Open LOG e FOLDER aprono e visualizzano i file dei test precedenti.
Pannello a sinistra: INPUT VALUES
– Voltage (V), Current (A) e Power (W) indicano i valori istantanei misurati.
Pannello a sinistra: BATTERY CAPACITY
– Current (Ah) e Power (Wh) indicano la capacità che cresce durante il test.
– Time (m:s) indica il tempo dall’inizio del test in minuti e secondi.
AVVERTENZE
Per ottenere misure precise bisogna che le batteria faccia buon contatto nel porta-batteria. Per assicurarsi che tocchi bene, si fa partire il test e si attende qualche minuto in modo che la tensione scenda un po’ e si stabilizzi. Poi si ruota lentamente la batteria fino a far segnare il valore di tensione massimo nella prima casella in alto a sinistra “Voltage (V)”. Se girando la batteria la tensione misurata non cambia allora il porta batteria è di buona qualità, se dovesse cambiare molto allora si deve trovare il punto migliore. Se la tensione cambia di molto e non si riesce a stabilizzarla nel punto di massima tensione, allora si dovrebbe cambiare il porta batterie con uno di migliore qualità.
Lo abbiamo scritto ma è bene ripeterlo. La prova precedente (ruotare la batteria) va fatta con il test avviato, cioè con il pulsante START TEST di colore verde. Se il test non è avviato allora la corrente è zero e i contatti del porta batteria non vengono sollecitati abbastanza.
Le due caselle di calibrazione fine della tensione e della corrente servono per i pignoli che vogliono arrivare a precisioni intorno all’uno per mille. Per regolarle si deve utilizzare un tester, collegandolo prima in parallelo alla batteria (e si regola la tensione) e poi in serie alla batteria (si fa partire il test e si regola la corrente). Ma in pratica la normale precisione di circa il 5% è più che sufficiente per cui potete tranquillamente impostare queste due caselle con il valore “1” e non pensarci più. Se le utilizzate tenete conto che le regolazioni sono separate per ogni portata che si sceglie con “Battery Type”.
Prima di iniziare il test la batteria deve essere completamente carica, si consiglia di utilizzare un caricabatterie e di provare, a fine carica, se muovendo la batteria nel connettore si riesce a far ripartire la carica e aggiungerne ancora un po’.
Per risparmiare tempo si potrebbe regolare la corrente di scarica fino a circa un ampere e fare il test in un’ora o due (con le 18650 al litio). Ma si misurerebbe una capacità minore e i problemi di falsi contatti nel porta batterie aumenterebbero. Per cui è consigliabile utilizzare una corrente da mezzo ampere, che permette di misurare le batterie 18650 in un tempo dalle 3 alle 5 ore. Eventualmente si potrebbero anche utilizzare correnti più basse, ad esempio 200 o 100 mA ma il tempo del test aumenterebbe molto.
In alcune condizioni la temperatura del transistor TIP42, del MOSFET e del resistore di carico R_LOAD, potrebbe salire molto. Se si utilizzano correnti oltre i 200 mA e specialmente con batterie da 6 o da 12 volt è bene verificare la temperatura di questi componenti ed eventualmente collegarli a un dissipatore di calore più grande.
La tensione minima di fine scarica non deve essere troppo bassa, altrimenti si rovinano le batterie.
– Per le batterie al piombo da 12 volt il minimo è 10 volt
– Per le batterie alcaline da 9 volt il minimo è 4.7 volt (e si usa la scala da 12 volt)
– Per le batterie al piombo da 6 volt il minimo è 5 volt
– Per le batterie al Litio il minimo è 2.5 volt (ma durante l’uso normale è meglio fermarsi a 3 volt)
– Per la batterie alcaline il minimo è 0.7 volt
– Per la batterie NI-MH il minimo è 0.9 volt
Collegate la batteria solo dopo aver selezionato la portata giusta (1.5, 3.7, 6 o 12 volt) e scollegatela dopo aver finito il test. Se la portata non è giusta non si rompe niente, ma le batterie da 6 e 12 volt potrebbero far interrompere la comunicazione USB e si dovrà poi ripristinarla premendo “Riconosci” sulla applicazione HAL o chiudendo e riavviando Battery Meter.
Fate molta attenzione a collegare le batterie con il positivo dal lato giusto. Collegando al contrario le batterie da 6 volt in su, si potrebbero bruciare i transistor, il MOSFET, il resistore R_LOAD, e il PIC del Master. Con batterie da 1.2, 1.5 e 3.7 volt non dovrebbe rompersi niente ma è comunque meglio evitarlo.
DOWNLOAD DEI FILE DELLA APPLICAZIONE
Download della applicazione Theremino BatteryMeter – Versione 1.0
Theremino_BatteryMeter_V1.0
Theremino_BatteryMeter_V1.0_WithSources (per programmatori)
Per tutti i sistemi da Windows XP a Windows 10, sia 32 che a 64 bit (Linux e OSX con Wine)
I moduli hardware necessari
La applicazione Theremino BatteryMeter ha bisogno di un hardware apposito e nei prossimi capitoli spiegheremo come costruirlo. Sono pochi componenti ma ci vuole un po’ di esperienza in elettronica. Eventualmente fatevelo costruire o fatevi fare un kit da Lello. Lo trovate su eBay come venditore “maxtheremino” oppure potete scrivergli a: ufficiotecnico@spray3d.it
Per far funzionare la applicazione BatteryMeter servono almeno un modulo Master e un modulo Battery Meter, oppure un Master e un Battery Meter V2.
Se si aggiunge uno dei due moduli Battery Meter Switch, si ottiene la commutazione delle portate da software e si potranno misurare tutti i tipi di batterie, senza modificare manualmente il resistore R4.
In questa immagine si vede un esempio dei collegamenti da fare. In questo caso sono stati usati i moduli Master, Battery Meter V2 e Battery Meter SwitchSMD.
Il dissipatore di questo esempio è abbondante, in molti casi potrebbe bastare un dissipatore più piccolo ma esagerando un po’ si sta più tranquilli. Notare il MOSFET e il resistore R-LOAD che sono stati premuti contro l’alluminio del dissipatore.
Il porta-batteria ha una buona molla, consigliamo di curare molto i contatti e la molla, perché mantenere un buon collegamento con la batteria è importante ed è anche piuttosto difficile.
In una seconda versione di prova del Battery Meter abbiamo provato a utilizzare dei porta-pile commerciali acquistati su eBay.
Eravamo scettici perché se la batteria non fa bene contatto la tensione misurata scende, ma i porta-pile commerciali si sono comportati meglio del previsto. Se si fa un po’ attenzione e si ruota la batteria trovando il punto migliore si può sicuramente utilizzarli.
Modulo “Battery Meter”
Questo circuito utilizza solo due transistor comuni e pochi altri componenti. Può essere utilizzato per misurare batterie al litio da 3.7 volt e, sostituendo il resistore R4, anche per batterie da 6 o da 12 volt (o anche da 9 volt utilizzando la scala da 12 volt).
Con questo circuito non si potranno misurare le batterie da 1.5 volt e da 1.2 volt, se pensate di volerle misurare utilizzate il prossimo Battery Meter V2.
- R3 e R4 formano un partitore che abbassa la tensione della batteria sotto ai 3.3 volt (massima tensione misurabile dagli ADC del modulo Master).
- R1 e C1 creano una tensione continua a partire dal segnale PWM in arrivo dal Master e la inviano a T1 e T2, i quali in base alla tensione di comando regolano la corrente assorbita dalla batteria.
- La corrente della batteria passa per il resistore R_LOAD che dissipa una parte della potenza e quindi va collegato a un dissipatore di calore dove si avvita anche T2.
- La corrente su R_LOAD sviluppa una tensione che viene misurata da un secondo ADC attraverso R2.
- Gli ingressi PwmFast, ADC Amp e ADC Volt del connettore CN2, si collegano ai PIN 2, 3 e 4 del Master. Attenzione non ai Pin 1, 2 e 3, ma ai Pin 2, 3 e 4.
- Tutti e tre i Pin del connettore CN1 si collegano a GND sul Master.
Modulo “Battery Meter V2”
Questo modulo V2 sostituisce il precedente, ma con la possibilità aggiuntiva di misurare la capacità di batterie da 1.5 volt e anche da 1.2 volt. Il circuito utilizza un MOSFET speciale con tensione di Gate molto bassa (IRLB8721) che non può essere sostituito con altri, ma che si può trovare facilmente su eBay.
- R3 e R4 formano un partitore che abbassa la tensione della batteria sotto ai 3.3 volt (massima tensione misurabile dagli ADC del modulo Master).
- Il LED innalza la tensione di circa 1.8V per pilotare il MOSFET nella giusta zona di lavoro. Deve essere un LED rosso o verde. Non utilizzate LED di colore viola, blu, arancio, bianco, o infrarosso.
- R1 e C1 creano una tensione continua a partire dal segnale PWM in arrivo dal Master e la inviano al MOSFET, il quale in base alla tensione di comando regola la corrente assorbita dalla batteria.
- La corrente della batteria passa per il resistore R_LOAD che dissipa una parte della potenza e quindi va collegato a un dissipatore di calore dove si avvita anche T2.
- La corrente su R_LOAD sviluppa una tensione che viene misurata da un secondo ADC attraverso R2.
- Gli ingressi PwmFast, ADC Amp e ADC Volt del connettore CN2, si collegano ai PIN 2, 3 e 4 del Master. Attenzione non ai Pin 1, 2 e 3, ma ai Pin 2, 3 e 4.
- I tre i Pin del connettore CN1 si collegano a GND, +5V e SIGNAL del primo PIN del Master.
Modulo “Battery Meter Switch”
Questo modulo non è strettamente necessario. Serve solo per cambiare scala automaticamente, modificando la casella “Battery type” nel software.
Senza questo modulo per cambiare scala si dovrebbe sostituire manualmente il resistore R4 del modulo Battery Meter, oppure utilizzare un commutatore rotativo a più posizioni per collegare i tre resistori da 2.7k, 6.8k e 22k al posto di R4.
Se si utilizza questo modulo ricordarsi di collegare un piccolo filo isolato tra il punto P1 di questo circuito e il punto P1 del modulo Battery Meter. E anche di eliminare R4 dal modulo Battery Meter.
Modulo “Battery Meter SwitchSMD”
Questo modulo è identico al precedente ma in versione SMD. Chi preferisse utilizzare componenti tradizionali può utilizzare la versione precedente, costruibile anche su un millefori.
Questa versione SMD è studiata per avere un modulo piccolo e leggero. Così leggero da poterlo innestare direttamente sul connettore del Master e fare a meno delle viti e del cavetto di collegamento.
Senza questo modulo per cambiare scala si dovrebbe sostituire manualmente il resistore R4 del modulo Battery Meter, oppure utilizzare un commutatore rotativo a più posizioni per collegare i tre resistori da 2.7k, 6.8k e 22k al posto di R4.
Se si utilizza questo modulo ricordarsi di collegare un piccolo filo isolato tra il punto P1 di questo circuito e il punto P1 del modulo Battery Meter. E anche di eliminare R4 dal modulo Battery Meter.
Download dei progetti dei quattro moduli Battery Meter
Questo file comprende i progetti in formato Eagle, le simulazioni Spice, le immagini 3D, gli schemi elettrici e i file GCode per la fresa dei quattro moduli Battery Meter:
Theremino_BatteryMeter_Modules.zip