"Curriculum batteriae"

Sgombriamo subito il campo: non sono un fisico, uno scienziato sperimentale, non ho mai lavorato in una fabbrica o nella distribuzione delle batterie. Allora perché ho la pretesa di fregiarmi del titolo di "esperto" di batterie ricaricabili? Beh, fondamentalmente per pochi semplici motivi: mi diverto con esse da anni (già anni prima che inventassero i cellulari circolavo con un ricetrasmettitore amatoriale sempre in tasca); detestando buttare le inquinanti pile nella spazzatura, ed essendo pure, ahimè, ingegnere "smanettante", ho avuto anche la voglia di capirci qualcosa...

Il risultato di questo cocktail micidiale è stato un documentarsi sulla teoria e quindi una serie di sperimentazioni pratiche, a volte non del tutto incruente nei confronti dei familiari conviventi...

Ovviamente però voi siete liberissimi di non considerarlo sufficiente! Vediamo quindi se riesco a convincervi con qualche ulteriore dettaglio...

Dal 1986, fresco di licenza di radioamatore, giravo già sempre con in tasca un ricetrasmettitore VHF radioamatoriale (sono IW0CDT): dapprima un Icom IC02, poi uno Yaesu FT32, infine uno Standard C520. All'epoca, i costi delle batterie erano elevati ed il livello tecnico molto artigianale; era normalissimo aprire un "pacco batterie", cambiare alcuni elementi - magari recuperandoli da qualche altra parte per risparmiare -, o modificarli con lima e seghetto per montarne a capacità maggiorata...

Molti anni dopo (1992), ho acquistato uno dei primi telefoni "cellulari", funzionante sulla "nuova" banda dei 900 MHz; era un Nokia Cityman 2 usato (praticamente uno sfollagente con l’antenna!) equipaggiato di batterie fatte di 6 elementi a stilo, e corredato da caricabatterie rapido da tavolo da 800 mA. Tanto per avere un'idea dell'intensa attività svolta su questa configurazione ;-), nel tempo vi ho sperimentato:

Nel frattempo ero passato ad un mio personale Nokia 2110 su cui ho dato il meglio di me per due anni e mezzo, rigorosamente col caricabatterie originale, con:

Successivamente ho avuto un Nokia 6110 (aprile '98 – agosto ‘02), con

A partire dal successivo (luglio 2002) Siemens ME45, equipaggiato di Li-Ion da 840 mAh, la gestione delle batterie è diventata noiosamente efficiente... Infatti, la capacità di queste batterie è ormai molto elevata, mentre i consumi sono diventati infimi. Sul Siemens - se me lo chiedete, comodo per funzionalità, ma il software Nokia rimane per me il migliore - con due batterie ho fatto 4 anni; le ho impiegate in modo alternato, l'una originale (ancora funzionante ma con capacità fortemente ridotta), l'altra compatibile con caratteristiche formalmente pari, ma con il fastidioso inconveniente che spegneva il cellulare appena completamente carica; oggi definitivamente morta.

Dal 2001 sono un felice utilizzatore di calcolatori palmari Palm, sempre equipaggiati di Li-Ion; ed anche di un "mazzo" di batterie alcaline ricaricabili (formato AA e AAA) che utilizzo su molti apparati, con soddisfazione e nessun inconveniente.

Batterie ed elementi

Batterie ed elementi

Una volta Beppe Grillo ci fece un "pezzo" di uno spettacolo; con un cacciavite si apriva la batteria, e dentro ci trovavi le spesse pile che compravi dall'elettricista ad un terzo del prezzo della batteria. Un salvatore, un po' di stagno, un po' di praticaccia, e via... Putroppo oggi non è più così: le batterie sono un monoblocco sigillato, usano un'elettronica interna ed elementi introvabili in commercio (almeno finché qualcuno non si decide a venderli...), e quindi tocca comprarle a prezzo pieno... Ad ogni modo, le batterie sono sempre costituite da diversi elementi montati in serie, ovvero il positivo di ogni batteria col negativo della successiva. In questa configurazione, la tensione è pari alla somma di quella delle batterie, mentre la capacità rimane la stessa. I primi telefoni cellulari andavano a 7,2. Volt (Nokia Cityman), poi per qualche generazione ci si è fermati sui 6 volt (Nec P3 e P4, Nokia 2110. Motorola 8x00), poi siamo scesi a 4,8 (Nec P7), ed infine, oggi, a 3,6 volt (Nokia 5110 e 6110); quest’ultima tensione può essere comodamente fornita da un singolo elemento al Litio. Anche se una batteria a tensione più bassa ha in sé meno energia, i telefoni a tensioni più basse consumano in realtà meno, e durano di più; merito della sofisticazione dell'elettronica...

In passato si diceva che le batterie, per evitare l'effetto memoria, andavano scaricate completamente; così qualcuno ha provato a scaricare la batteria a zero volt, ed ha dovuto comprarne una nuova. Infatti, la robustezza di una batteria è pari a quella dell'elemento più debole; a causa delle minime differenze di capacità sempre esistenti tra un elemento e l'altro, quando il primo elemento è sceso a zero volt gli altri sono ancora intorno agli 1,2 volt. Continuando a consumare corrente, gli altri elementi cominciano a caricare al contrario l'elemento scarico. Questo è il miglior modo per distruggere una Ni-Cd, senza speranze di recupero. Alla prossima ricarica, l'elemento caricato inversamente rimane a zero volt o ci torna quasi subito, e la batteria è da buttare.

Per sicurezza, quindi, una batteria al Nichel da N volt non dovrebbe mai essere portata sotto gli N-1,2 volt (che corrisponde al momento in cui un singolo elemento è scarico mentre gli altri sono ancora carichi). Alcuni pessimi scaricabatterie non rispettano questa semplice precauzione, portando in breve tempo la batteria a morte prematura. Per inciso, un ottimo e sicuro scaricabatterie è quello di chiamare con il cellulare un numero gratuito e lasciarlo in conversazione finché non si spegne... (Nota: non sarà un utilizzo molto corretto dei servizi del vostro gestore, ma se lo fate una volta ogni tanto, come vi consiglio per altri motivi, non credo che nessuno se ne lamenti). Viceversa, mai scaricare una batteria ricaricabile con una lampadina, sempre per evitare di portarla a zero, con conseguente decesso.

Se aprite la batteria guasta e misurate la tensione su tutti gli elementi, scoprirete che hanno ceduto solo un elemento o due; si potrebbe essere quindi tentati di cambiare solo quelli, nel caso in cui riusciste a trovarli in vendita. Tuttavia, gli elementi rimasti sarebbero ormai molto più deboli di quelli nuovi, e sarebbero "uccisi" (caricati inversamente) da quelli nuovi, giovani e forti, alla prima scarica profonda. Per questo è buona regola di sostituire sempre gli elementi tutti insieme.

Falsi miti

Quella che segue è una rassegna di "falsi miti", che avrete sicuramente sentito. Alcuni di questi sarebbero da scartare rapidamente anche solo utilizzando un pizzico di ragionamento.

La batteria va sempre scaricata fino in fondo per evitare l'effetto memoria.

Come ho già detto, è una falsità assoluta. L'effetto memoria che insorge per non aver scaricato la batteria per una o due volte è, anche per una Ni-Cd (che vi è più soggetta), minimo; ed in ogni caso è vero il contrario, ovvero che basta scaricare una o due volte la batteria per eliminarlo.

Anche le Ni-Mh e le Li-Ion hanno un effetto memoria, dunque bisogna sempre scaricare a fondo anche quelle.

Se l'effetto memoria non è assolutamente un problema per le Ni-Cd, figuriamoci per le altre... Chi è convinto del contrario arriverà a dire che ogni giorno dovremmo scaricare la batteria della macchina per evitare l'effetto memoria!

Meglio una batteria piccola e potente, che permette di funzionare per due o tre giorni in caso di necessità ...

Il costo di una batteria cresce enormemente man mano che ci si spinge sulle alte capacità; per questo, due batterie di capacità dimezzata costano molto meno di una di pari capacità; inoltre rendono il telefono ancora più leggero, permettono di controllare meglio il consumo, ed è possibile lasciarne una in ricarica mentre si usa l'altra. Se saltuariamente si usa il telefono per tre/quattro giorni senza poterlo ricaricare, potrebbe convenire una piccola batteria per tutti i giorni ed una "pesante" per le lunghe autonomie, magari una Li-Ion che non soffre dell'uso saltuario; quella più grande dà più fastidio, ma solo quando serve.

La batteria di marca X va caricata solo col caricabatterie di marca X

La corrente elettrica non ha marca. L'unico rischio è il sovraccarico; se si hanno dubbi, conviene interrompere la carica manualmente dopo il numero di ore previsto, oppure usare un caricabatterie da 15 ore, che qualunque batteria può sopportare per giorni. Ho ricaricato le batterie con le soluzioni più accroccate del mondo, e l'unico motivo per cui ho distrutto qualche elemento è perché me lo sono dimenticato in carica rapida per alcune ore!

La prima volta la batteria va caricata mooolto più a lungo del solito

Non è proprio un falso mito, nel senso che non crea problemi seguirlo; però, se è bene che la prima ricarica sia fatta fino in fondo per risvegliare la cella "ferma" da qualche settimana o mese, non vedo ragioni per cui questa ricarica debba sfiorare il sovradosaggio. Rispettare i tempi suggeriti, e magari metterci qualche percento in più va bene, ma l'eccesso è sempre un rischio per le batterie: se va bene non ne migliora le prestazioni, ma se va male le può anche danneggiare irreparabilmente.

Il comportamento alla scarica di una batteria

Qui si scende sul tecnico, ma non posso fare altrimenti per spiegare alcuni comportamenti delle batteria ancora misteriosi per molti. Se proprio non è roba per voi, saltate oltre.

Un telefono cellulare è un utilizzatore di batterie un po' "bastardo": per la maggior parte del tempo rimane in attesa, consumando pochissimo, ma quando si è in conversazione consuma parecchio soprattutto se si è in una zona con poco segnale. Ogni ora, poi, il cellulare manda una breve segnalazione alla cella, per dire "sono ancora qui", e in quell’istante il consumo è pari a quello che si ha in conversazione.

Le batteria per cellulare Ni-Cd e Ni-Mh sono costruite partendo da più pile, o elementi. Rispetto ad una pila tradizionale, quella ricaricabile al Nichel è caratterizzata da una tensione più bassa, 1,2 volt contro 1,5. La tensione è sì più bassa, ma anche molto più stabile; per la maggior parte della durata della scarica la tensione rimane inchiodata sugli 1,2 volt, e poco prima della scarica completa è ancora di 1,18. Poi improvvisamente crolla. Una pila tradizionale, invece, fa calare progressivamente la sua tensione, tanto che per certi usi è ancora utilizzabile a 1,1. volt. La stabilità di tensione delle pile ricaricabili diminuisce con l'età; così, mentre un telefono con una batteria nuova segnala di essere scarico solo pochi minuti prima dello spegnimento, una batteria vecchiotta può cominciare a segnalare la fine capacità ore prima. Per esperienza personale vi dico che questo è il modo più affidabile di valutare l'età e lo stato di salute di una batteria. Le batterie alcaline hanno tensione di 1,5 volt ma per il resto caratteristiche vicine a quelle al Nichel; per questo, in caso di emergenza, è possibile utilizzarle anche su un cellulare dotato di apposito portabatterie, come l'Alcatel Easy.

Seconda caratteristica fondamentale di una pila è la capacità, che si misura generalmente in "milliamperora" (sigla mAh). Una pila da 600 mAh puà fornire la corrente di 600 mA (milliAmpere) per un'ora, oppure 60 mA per 10 ore, oppure 6 mA per 100 ore e così via. In teoria, però; perché in pratica se consumate una corrente dieci volte superiore, la durata è inferiore ad un decimo della precedente. Così, la capacità delle batterie viene valutata scaricandole in 10 ore. Su uno stesso telefono, la capacità è un ottimo indicatore della durata, ma i metodi di misura sono leggermente differenti da un costruttore all'altro; alcuni addirittura evitano accuratamente di fornire questo dato; ed io evito accuratamente questi costruttori.

Terza caratteristica, sconosciuta ai più, è la resistenza interna. Una pila Ni-Cd ha una bassa resistenza interna, il che vuol dire che potete richiedergli una corrente molto elevata, scaricandola in pochi minuti. Una pila tradizionale per contro ha un'elevata resistenza interna; se gli chiedete una corrente elevata, essa abbasserà la tensione a zero, sembrando scarica; appena togliete il carico, però, la tensione risalirà quasi a quella di prima. La resistenza interna è in buona sostanza responsabile di cosa succede mettendo la pila in corto circuito. Una pila normale in cortocircuito raramente raggiunge l'Ampere di corrente, e dopo qualche minuto si scarica e basta. Una Ni-Cd può arrivare sotto corto circuito a 10-20 Ampere, si scarica con la velocità di un fulmine e si scalda moltissimo, potendo arrivare ad incendiarsi.

La resistenza interna aumenta man mano che la batteria si scarica e, scarica dopo scarica, aumenta con l'età della batteria. Questi fenomeni sono più evidenti nelle Ni-Mh che nelle Ni-Cd; questo spiega perché alcuni vecchi telefoni sopportano male le Ni-Mh. Se la resistenza interna diventa troppo alta, nel momento in cui il telefono chiede un'elevata corrente la tensione scende bruscamente, il telefono pensa che la batteria si sia improvvisamente scaricata e si spegne. Altre volte il calo di tensione porta per un attimo l'elettronica interna del telefono sotto al limite inferiore di funzionamento; questo causa blocchi e congelamenti del telefono stesso (i cosiddetti "stati vegetativi"). È esattamente quello che succede su molti telefoni GSM Motorola, evidentemente mal progettati, che dopo alcuni mesi di uso cominciano a dare i numeri... Cambiando la batteria, spesso tutto torna a posto.

Quarta caratteristica della batteria è la velocità di carica. Sotto carica una batteria sviluppa gas e calore che, se non scaricati all'esterno, possono portarla all'esplosione. Si distinguono generalmente elementi compatibili alla carica lenta (12-15 ore), e veloce (1-1,5 ore), con qualcuna di capacità intermedia. Ormai quasi tutte quelli per cellulari sono adatte alla ricarica rapida, ma utilizzando anche per queste una ricarica lenta si riduce comunque il rischio di una morte prematura della batteria.

Per la carica, la situazione è analoga alla scarica: per caricare una batteria da 1000 mAh (milliamperora) occorre fornirgli (in teoria) 1000 milliampere (mA) per un'ora, oppure 100 mA per 10 ore, o ancora 200 mA per 5 ore. In realtà gliene dovremo fornire circa il 40-60% in più questa energia in più che la batteria non è in grado di immagazinare se ne andrà in calore e gas, quelli che abbiamo detto formarsi durante la carica. Chiamando la capacità C, possiamo dire che la batteria può essere caricata a 0,1C (o 1/10 di C) per 15 ore, oppure a 1 C per un'ora e mezza, oppure 0,5 C per sette ore e mezza. Le batterie compatibili alla ricarica rapida sono quindi quelle ricaricabili ad 1 C o meno (cioè in meno di un'ora).

Dati indicativi

Per andare sul concreto, ho pensato che sarebbe stato utile raffrontare in una tabella le caratteristiche di ogni tipo di batteria di cui abbiamo finora parlato. I dati sono puramente indicativi, e sono stati presi da diversi siti di produttori di batterie. Tenete anche presente che soprattutto i parametri di capacità e numero di cicli migliorano di anno in anno; le informazioni qui presenti sono state rilevate ad inizio 2003.

Nota: Il formato equivalente all'AA delle batterie al litio si chiama 14500 (14 è il diametro, 50 la lunghezza). Data la differenza di tensione, ovviamente, non è possibile usarle per sostituire l'AA.

La "scossa"

È una tecnica per tentare il recupero di elementi ricaricabili, al Ni-Cd o Ni-Mh ancora non completamente andati. È eccezionale soprattutto per le batterie di cui osservate una tendenza a scaricarsi rapidamente o che non si ricaricano affatto pur essendo ancora giovani; la tecnica consiste nel "bruciare" tutte le vie di fuga delle corrente interne alla batteria, dando una "bella smossa" (elettricamente parlando) al tutto.

Più tecnicamente parlando, con l'utilizzo all'interno dell'elemento si formano dei sottilissimi "baffi" di metallo, che mettendo in cortocicuito delle piccole aree ne riducono la capacità o la fanno scaricare rapidamente. Applicando una forte corrente "vaporizziamo" questi "baffi", e se questi erano il solo problema la batteria torna come nuova.

Come si fa? Si prende un GROSSO condensatore elettrolitico, a tensione massima di una ventina di volt - io ne uso uno da 150.000 microfarad, 10 volt - si, avete letto bene. L'ho trovato in un'antica stampante di un centro di calcolo. È alto più di dieci centimetri, con un diametro di 6-7 -. Lo si attacca in parallelo ad un alimentatore - da dieci volt nel mio caso -, e, quando il condensatore è bello carico (ci mette cira due secondi con un alimentatore da 3 Ampere), attraverso un filo molto grosso lo si scarica (forse sarebbe più esatto dire cortocircuita) sull'elemento (singolo, non sulla batteria) da trattare, positivo su positivo, con grosso sviluppo di scintille e fuochi d'artificio. Si ripete il trattamento tre o quattro volte. La cosa strana è che alcuni elementi hanno una piccola vibrazione, insomma fanno come un'aragosta buttata nella pentola dell'acqua bollente; ma tanto è sufficiente a ringiovanirle, a volte in modo notevole. Solo sulla batteria Ni-Mh durata un anno e mezzo di ricariche quotidiane questo trattamento non ha praticamente funzionato; come se mi avesse detto "Beh? Che altro pretendi?".

Più grande è meglio?

A proposito di batterie, una piccola osservazione scaturita sempre dall'esperienza pratica. Una volta, ...mooolti anni fa..., una batteria durava solo 8/12 ore - lo so, fa un po' impressione, ma stiamo parlando degli anni '90, non dell'epoca di Galileo... -; era decisamente poco, e questo limitava l'utilità dello strumento. Quando sono usciti i primi telefoni in grado di superare abbondantemente la durata di una giornata lavorativa, anche facendo diverse telefonte, è sembrato un sogno: ogni sera si mettevano in carica, e non si rimaneva mai a secco.

Ripensandoci, forse proprio in quell'epoca la fobia dell'effetto memoria ha raggiunto il suo massimo; fobia che allora, proprio per questo utilizzo, poteva avere un senso, ma oggi dovrebbe essere del tutto dimenticata.

Attualmente, le batterie dei cellulari agli ioni di litio durano parecchi giorni; paradossalmente, è diventato più facile dimenticarsi di caricarle e non avere abbastanza capacità residua per una giornata intera. Qualcuno mi dirà: basta ricaricarla lo stesso tutti i giorni... Ma ovviamente ogni medaglia ha il suo rovescio: le Li-Ion hanno tanti pregi ma, pare, tendono ad usurarsi maggiormente quando sono completamente cariche rispetto a quando lo sono parzialmente. Non posso confermare questo problema per esperienza pratica, ma sembra dimostrato.

A questo punto, facendo tesoro dell'esperienza, possiamo dire che, visto che il costo di una batteria cresce esponenzialmente con la capacità, è inutile spendere il doppio per una batteria del 20% più capiente, e la cui maggiore capacità verrà usata pochissime volte. Decisamente meglio, con una cifra paragonabile, comprarne due: oltre alla maggiore capacità complessiva, in caso di guasto di una rimane sempre l'altra funzionante. Oppure, si può investire in un caricabatterie alternativo (da auto, da porta USB - grande invenzione, questa -, solare, ecc.). Le batterie ad alta capacità lasciamole a quelli che devono scalare l'Everest!

Quale caricabatterie

La scelta del caricabatterie può sicuramente influenzare in modo significativo la durata delle batterie, ma anche in questo campo ho visto esagerazioni ed inutilità senza fine.

Se acquistate un modello carica/scarica, badate che la scarica sia iniziata solo su richiesta (premendo un apposito pulsante); altrimenti ogni volta che la collegate la batteria sarà sempre scaricata e poi ricaricata, e per i motivi di cui ho già detto questo non giova affatto alla sua durata. Inoltre, in base alle considerazioni di cui sopra, un modello con scarica è perfettamente inutile, anzi addirittura dannoso, per la batterie Li-Ion (eppure, sebbene poco diffusi, se ne vendono. In memoria dell'effetto memoria?).

Per una Nichel-qualcosa, se è possibile, sarebbe meglio optare per un caricabatterie lento (ricarica in 10-15 ore), per evitare surriscaldamenti e non stressare la batteria; considero anche da evitare un caricabatterie da 5 o 8 ore, perché potrebbe non rilevare bene la fine carica, continuando a dare alla batteria una corrente troppo elevata da gestire per lunghi periodi. Visto che spesso non si hanno a disposizione 15 ore, a questo punto è più sicuro (anche se costoso) uno rapido da 1 o 2 ore, ma che abbia una buona rilevazione della fine carica. Per inciso, tutte le batterie ormai incorporano un sensore di temperatura che viene usato dal caricabatterie per rilevare l'aumento di temperatura causato dalla piena carica; per questo, oltre ai soliti contatti + e - le batterie hanno 1 o 2 contatti elettrici "di troppo". Anche se esistono caricabatterie che si basano su effetti diversi per rilevare la fine carica (aumento di tensione, tempo), è bene che quello acquistato faccia uso proprio del sensore interno alla batteria, e quindi sia specifico per il vostro modello di cellulare (anche se non necessariamente della stessa marca). Inoltre, non tutti i caricabatterie per Ni-Cd hanno un metodo di rilevazione adatto alle Ni-Mh; valutate dunque anche quello. Ripeto invece per chiarezza: nessun problema per i caricabatterie lenti, vanno bene tutti.

Le Li-Ion, per loro natura, non hanno problemi di memoria, e la loro ricarica è per certi versi più semplice (basta fornire loro la tensione giusta, e la corrente si regola di conseguenza), per altri più critica (la tensione non deve mai superare, neanche di pochissimo, quella consentita, che varia da batteria a batteria, pena il surriscaldamento e - lo ripeto - il rischio di esplosione che per questi elementi è tutt'altro che teorico).

Non so se esistano caricabatterie rapidi per Li-ion, cioè che promettano di caricare più velocemente una Li-ion generica; ma se ne incontrassi uno, per motivi a questo punto ovvi lo scanserei come la peste.

Tenete comunque presente che la diversità delle batterie è in pratica superata dalla ricarica effettuata tramite il telefonino. Se i caricabatterie dei telefoni Ni-qualcosa erano peculiari da telefono a telefono, oggi quasi tutti i produttori forniscono insieme al telefono dei caricabatterie estremamente simili tra loro, per corrente e per tensione (5-5,2 volt).

Infatti, una volta il telefono "comandava" il caricabatterie per adattare la corrente allo stato di carica; maneggiare la potenza necessaria poteva causare eccessive dissipazioni di potenza e surriscaldamenti nel telefono stesso. Il colloquio tra cellulare e caricabatterie, inoltre, richiedeva la presenza di altri fili di collegamento oltre ai soliti "+" e "-", per cui connettori multipolari, e cavetti multifilo.

Oggi, coi miglioramenti della gestione elettronica tutto il sistema di ricarica è a bordo del telefono, che oltretutto "identifica" la batteria e adatta i valori di tensione e corrente a quelli specifici del produttore; tutto quello che si chiede al caricabatterie oggi è di fornire una corrente relativamente elevata e stabile, con tensione costante. Ne sia prova il fatto che si trovano caricabatterie alimentati dalla USB dei calcolatori; giustappunto, una sorgente di tensione a 5 volt con una corrente discreta. Inoltre, se ci fate caso oggi quasi tutti i caricabatterie portano al telefono solamente i fili "+" e "-".

Tutto questo per dirvi che, per caricare le Li-Ion potreste trovare caricabatterie in cui infilare la batterie, e caricabatterie da attaccare al telefono. Mentre i secondi sono relativamente facili da realizzare, e quindi grosso modo equivalenti come sicurezza e prestazioni (al più possono essere lenti a caricare, se la corrente fornita è inferiore a quella del caricabatterie originale), i primi sono particolarmente critici: se non conoscono la batteria che viene collegata, possono o rifiutare la carica oppure sovra o sottocaricarla (BOOM!).

Pensateci, prima dell'acquisto.

Tipi di batterie

Tralascerò quelle al piombo che sono decisamente poco portatili, sebbene per certi versi le più "buone" (per certi versi somigliano alle Li-Ion, ed hanno una bassissima resistenza interna).

Ni-Cd (Nichel Cadmio)

Sono le più vecchie, più pesanti e più soggette all'effetto memoria; ormai nessun telefono nuovo viene venduto con esse; tuttavia, sono ancora reperibili come ricambi. La maggior parte delle mie esperienze l'ho fatte con queste batterie. Il motivo per considerarle superate non è, secondo me, l'effetto memoria, ampiamente sopravvalutato, ma semmai la loro scarsa ecologia, e la minore capacità. Peraltro, una batteria al Ni-Cd costa poco ed è robusta molto più delle altre, sopportando surriscaldamenti e scariche violente molto meglio di qualsiasi altra, oltre ad avere una tensione praticamente costante dall'inizio alla fine della scarica. Le Ni-Cd, inoltre, conservano tuttora il primato dello “spunto”, essendo in grado di fornire potenze molto elevate nell'arco anche di pochi minuti – in altre parole la loro resistenza interna è la puù bassa di ogni altra (vedi più avanti). A tutt’oggi è impensabile usare una Li-Ion nel modellismo a questo scopo.

Le Ni-Cd hanno una tensione di 1,2 volt; questo può essere un problema per certe apparecchiature; non un telefono cellulare, che è nato per funzionare con le batterie ricaricabili, ma ad esempio lettori portatili, radio, lampade; a questa tensione, infatti, una pila non ricaricabile è praticamente scarica, ed il progettista dell'apparecchiatura potrebbe aver previsto che si spenga o funzioni male.

Molte batterie Ni-Cd per cellulari attualmente considerate "troppo grosse" hanno il vantaggio di contenere elementi cilindrici, ampiamente reperibili in commercio, per cui è possibile con un po' di pazienza aprirle e sostituire gli elementi contenuti, ottenendone una batteria nuova con pochissimi soldi. Un elemento da 1300 mAh a ricarica rapida, reperibile senza eccessive difficoltà, costa ormai circa 3 Euro; una batteria nuova "rigenerata", di 5 elementi costa quindi 15 Euro! Una batteria Ni-Cd dunque può essere l'ideale come scorta per evitare di rimanere "a terra" in qualsiasi situazione. Se poi si dovesse rovinare per il troppo poco uso, poco male; tanto non costa un gran che...

Come ricaricarle: la ricarica va effettuata sostanzialmente a corrente costante: se attaccate una batteria ad un classico alimentatore a tensione costante, la corrente iniziale a batteria scarica può essere tanto violenta da danneggiare o distruggere la batteria (essenzialmente per surriscaldamento, oppure la ricarica può interrompersi ad un certo livello se la tensione non è abbastanza alta. Se la corrente di carica è inferiore a 0,1C (carica lenta - vedi più avanti), la ricarica può continuare a tempo indefinito; se è maggiore (carica veloce o rapida), diventa fondamentale che la ricarica venga interrotta a batteria piena; in caso contrario si sviluppano molti gas (essenzialmente idrogeno, in realtà), e la batteria si surriscalda fino a danneggiarsi. Ci sono diversi modi per fermare la ricarica: il modo più semplice è di interromperla dopo un certo tempo; ma questo presuppone sia che la batteria sia caricata a partire dalla completa scarica, sia di conoscere esattamente la sua capacità ci sono molti altri modi, come misurare la tensione (che a fine carica è di circa 1,4 volt, ma è un valore che cambia con l'invecchiamento della batteria), o rilevare un repentino e lieve calo di tensione che si verifica sempre nelle Ni-Cd al termine della carica (metodo detto "delta-V negativo") il metodo più semplice ed efficace, comunque, è quello di misurare l'aumento di temperatura causato dal termine della carica, visto che la corrente che continua a fluire va semplicemente dispersa in calore.

Ni-Mh (Idrato di Nichel)

Sono state lanciate proprio come batterie prive di effetto memoria, però offrono anche una capacità significativamente superiore alle Ni-Cd; per contro hanno difetti, che sono stati parzialmente corretti dall'evoluzione della tecnologia. Per prima cosa hanno una vita più limitata - 400 cicli carica/scarica nominali contro i 500 delle Ni-Cd. Poi sono più delicate: sopportano male la sovraccarica ed il conseguente surriscaldamento. Hanno una tensione d'uscita che cala durante la scarica molto più delle Ni-Cd, una resistenza interna maggiore (anche se lievemente), che abbassa ulteriormente la tensione d'uscita sotto carico; sui telefoni vecchi questo causa una segnalazione di "batteria scarica" prematura, con spegnimenti improvvisi e riduzione della vita della batteria (vedere cosa mi è successo con un vecchio Cityman). Si trovano ormai comunemente in commercio sotto forma elementi cilindrici, con capacità fino a 1900 mAh per il formato AA (stilo); nei "telefonini" appena meno antichi però, si usa molto il formato "chewin-gum", a parallelepipedo, che solo da poco ho cominciato a trovare anche in vendita sfuso, a prezzi decisamente maggiori. Lati positivi: sono molto meno inquinanti (non contengono cadmio, inquinante difficile da smaltire), hanno una maggiore potenza a parità di volume, e non hanno - per l'appunto - il famigerato effetto memoria.

Come ricaricarle: La ricarica delle Ni-Mh può normalmente effettuarsi con lo stesso metodo delle Ni-Cd, con l'accortezza che il metodo "delta-V negativo" non funziona con questo tipo di batterie; anche la tensione che indica la fine carica in genere è leggermente diversa. Così, prima di usare un caricabatterie per Ni-Cd con delle Ni-Mh occorre verificare che sia compatibile con queste ultime. Ovviamente il problema riguarda i modelli a carica veloce o rapida; per quelli lenti non c'è alcuna differenza.

Li-Ion (Ioni di Litio) e Li-Polymer (Polimeri di Litio)

Le batterie al litio (non ricaricabili) esistono già da decenni, ed offrono capacità più che doppie delle normali alcaline; la loro versione ricaricabile, sviluppata da pochi anni, è ormai diventata di equipaggiamento comune su tutti i telefoni dell'ultima generazione così come su molti “gingilli” portatili. Rispetto alle precedenti, offrono un peso inferiore a parità di capacità, ed una tensione per elemento di quasi 4 volt, permettendo di ridurre il numero di elementi, quindi ancora una volta le dimensioni: oggi una “batteria” è composta in effetti da un solo elemento da 3,6 volt, tensione sufficiente per un telefono di oggi (anziché i 7,2 o 6 di quelli dei primi anni ’90).

Molto spesso trovate l'indicazione, anziché "Li-Ion", "Li-Polymer", polimeri di Litio. Ho letto che le attuali "Li-Polymer" non sono propriamente tali; si tratta in realtà di ibridi, Li-Ion con elettrolita in gel, che sono più sagomabili delle Li-Ion normali; le "vere" Li-Polymer esistono, ma funzionano solo a temperature di circa 60°; si sta lavorando per portarle a temperature ambiente, dando vita così ad una nuova generazione di ricaricabili ancora più prestazionali.

Ho usato le Li-Ion per oltre 4 anni su due cellulari, ed oggi ho anche un calcolatore palmare con questa batteria; debbo dire che, nonostante la mia iniziale diffidenza, rispetto alle Ni-qualcosa hanno un comportamento ottimo sebbene diametralmente opposto, una discreta resistenza all’usura, ed inoltre brillano per l'autoscarica è quasi inesistente. Una l’ho utilizzata per quasi tre anni, poi, quando cominciava a mostrare marcati segni di cedimento (durata ridotta di circa 1/3) l’ho sostituita con un’altra, conservando la prima per le “emergenze”; ebbene, potevo lasciarla abbandonata per mesi per poi utilizzarla senza che la sua carica fosse minimamente calata. Una Ni-* usurata, invece, nel giro di qualche mese sarebbe stata completamente scarica, e difficilmente sarebbe "resuscitata" se ricaricata.

Non solo non soffrono di effetto memoria, ma ne è suggerita la ricarica più frequente possibile; è chiaro che, a questo punto, il concetto di “durata in numero di ricariche” diventa molto labile; e comunque, data la maggiore capacità, la necessità di ricarica è molto meno frequente e quindi, in pratica, la durata è molto maggiore delle Ni-*.

Un'informazione che ho captato di recente è che le batterie al Litio hanno una sorta di "orologio biologico" che consente loro una vita limitata nel tempo. In pratica, c'è un fenomeno di degenerazione progressivo, che tra l'altro è tanto più marcato quanto più la batteria è carica, che inizia nel momento stesso della costruzione e prosegue inesorabile, indipendentemente dall'uso che se ne fa; le batterie di produzione attuale, a piena carica, durerebbero circa cinque anni, prima di degenerarsi. Per ridurre questo fenomeno le batterie vengono prodotte non completamente cariche, ma a meno del 40% della capacità; in queste condizioni la degenerazione è molto più lenta, e possono venir stoccate anche per mesi prima della vendita senza particolari danni.

Non sono in grado di confermare o di smentire questi dati; certo, se i cinque anni sono un tempo minimo, non è frequente, con l'attuale evoluzione della tecnologia, che la durata dell'apparato utilizzatore superi quella della batteria; non mi pare quindi un problema di cui preoccuparsi troppo.

I lati negativi: in primo luogo il prezzo, che una volta era proibitivo (oltre 300 Euro per la prima batterie Motorola che ho visto in commercio!) ma ormai è solo leggermente superiore alle Ni-Mh a parità di capacità. Si tratta, comunque, di batterie ancora più delicate delle equivalenti al Nichel, ed hanno anche una resistenza interna maggiore; sono quindi sconsigliate per utilizzatori che richiedono forti correnti. Come vedremo, questo potrebbe essere il caso dei cellulari. Altro punto “critico” delle batterie al litio è che non vanno mai, per nessuna ragione, scaricate fin in fondo; ciò causerebbe loro un danno irreversibile! Ma non entrate nel panico: oltre al fatto che il telefono si spegne automaticamente molto prima, addirittura quasi tutte integrano al loro interno un disgiuntore elettronico di protezione che le interrompe quando la tensione scende sotto una certa soglia; per fortuna oggi gli interruttori MOSFET di potenza costano poco ed hanno prestazioni eccellenti, così questo difetto diventa praticamente inesistente. Potrebbe così succedere che una batteria nuova, appena inserita nel cellulare, sembri completamente morta; in realtà, quello che è successo è che la sua tensione è tanto bassa che la protezione è intervenuta; per sbloccarla occorre tenerla sotto carica per alcune ore, e dapprima si sbloccherà (ci vogliono a volte ore, poi comincierà la ricarica vera e propria. Lo stesso interruttore elettronico può intervenire anche in caso di sovraccarica (oltre una certa tensione), di sovratemperatura, o in caso di cortocircuito; addirittura, in caso di calo molto marcato della tensione, il blocco può deliberatamente divenire permanente, per evitare di continuare ad utilizzare una batteria danneggiata.

Perché precauzioni così paranoiche? Perché le batterie al litio sono a rischio di esplosione! Il litio, infatti, è un metallo estremamente reattivo, che allo stato puro si combina violentemente e facilmente con altri elementi. Il motivo per cui le batterie sono agli "ioni" di litio, e non al litio puro, è proprio questo: una batterie al litio puro funziona meglio, ma è troppo pericolosa. Legando il litio al manganese od al cobalto si peggiora un po' la batteria, ma calano drasticamente i rischi. Putroppo, però, le batterie che contengono cobalto, se sovravvaricate, formano depositi di litio metallico su un elettrodo; e questo può diventare pericoloso. Recentemente (feb. 2003) la trasmissione "Mi manda Raitre" ha parlato di un caso di esplosione di una batteria per cellulare "compatibile". Di episodi del genere ne ho sentiti almeno un altro paio, in tutto il mondo. Le immagini televisive erano piuttosto eloquenti: il corpo del telefono grosso modo sano, la batteria completamente disintegrata; certamente è possibile farsi male seriamente in questo modo. Non è facile capire se il problema sia causato da una costruzione "al risparmio" oppure ad una serie di cause incidentali indipendenti dalla qualità della batteria. Certo è che la fase critica, putroppo, non è solo la ricarica, poiché le esplosioni sono avvenute mentre il cellulare era nella tasca del proprietario. Un cortocircuito? Una scarica violenta dovuta alla condensazione di sudore tra i contatti? Un guasto al telefono? Non lo sappiamo ancora; e comunque, la protezione, se c'era, sarebbe dovuta intervenire. Seguirò la vicenda e se ci saranno maggiori indicazioni ve lo farò sapere; per il momento, consiglio solo di diffidare fortemente dalle batterie troppo economiche; si rischia qualcosa più di buttare via un po' di soldi. Certo, predico bene e razzolo male: prima di sapere di questo problema, ho comprato una batteria aggiuntiva a basso costo; ora la utilizzo solo come ricambio di emergenza... L'unica cosa che mi tranquillizza è, oltre alla effettiva rarità di questi episodi, paradossalmente il fatto che, a batteria carica, mi si spegne il cellulare; questo vuol dire che un rilevatore di sovraccarica c'è e funziona davvero; speriamo che sia sufficiente a proteggerla(mi)!

Come ricaricarle: La ricarica delle Li-Ion è molto diversa dalle Ni-*: mentre queste vanno caricata a corrente costante, le batterie al Litio vanno caricate a TENSIONE costante, tensione che va fornita in maniera estremamente precisa (circa l'1%); ci pensano loro a regolare la corrente, assorbendo di più all’inizio, poi sempre meno, fino a rifiutarla (e con questo sistema ci si accorge che la ricarica è completa). A dirla tutta, se la batteria è molto scarica, all'inizio potrebbe assorbire molta corrente; conviene quindi che il caricabatterie includa un limitatore di corrente; si trattera quindi di un caricabatterie a corrente e tensione costante. Anche a causa delle tensioni completamente diverse, i caricabatterie per le Ni-qualcosa qui sono completamente inutilizzabili. La ricarica, in effetti, risulterà formata di due fasi: nella prima la tensione sale gradualmente, la corrente costante, fino a raggiungere la tensione nominale; nella seconda la tensione è costante, e man mano la corrente cala fino a ridursi a zero. La prima fase, a batteria scarica, dura circa due ore, e raggiunge circa il 60-70% della carica; la seconda in genere dura altre 3-5 ore. è molto difficile, oltre che pericoloso, accorciare i tempi di ricarica, impiegando ad esempio impulsi di corrente; molti caricabatterie "rapidi" in realtà si fermano poco dopo la prima fase.

Alcaline ricaricabili

Di recente apparizione sono le batterie alcaline ricaricabili; sebbene non le abbia mai viste usate nei cellulari, ne parlo perché molti me l’hanno chiesto. Chi dispone di un telefono che ha un pacco batterie che si può riempire con pile tradizionali (grande comodità!), può fare una prova e farmelo sapere...

Come le alcaline normali, la tensione per cella è di 1,5 volt, e questo è utilissimo per apparecchi “schizzinosi”, che si rifiutano di funzionare con gli 1,2 delle Ni-Qualcosa; la capacità, per una AA (stilo) è di 1500 mAh: circa la metà di una alcalina non ricaricabile, paragonabile ad una Ni-Mh scadente, ma con tensione più elevata (quindi più energia). Rispetto a quest'ultima, la resistenza interna è più elevata; questo vuol dire che, con utenze “pesanti” (lampade, modellini) le prestazioni sono notevolmente inferiori, così come la durata; va molto meglio se l'oggetto da alimentare consuma poco (es. un orologio). Una cosa molto importante da tenere presente quando si impiega questo tipo di batteria è che la sua capacità, già non troppo elevata come abbiamo detto, viene ridotta pesantemente dopo ogni scarica "a fondo"; è molto meglio quindi scaricare poco la batteria (circa 1/3 della capacità) e procedere subito alla sua ricarica. Se non fate così già dopo la 25esima ricarica la batteria sarà quasi inutilizzabile (ed in ogni caso vi sarete ampiamente rifatti del suo costo - avrete risparmiato di acquistarne circa 10).

Come ricaricarle: La ricarica assomiglia molto a quelle al Li-ion: si effettua a tensione costante, tempo di ricarica completa intorno alle 5-8 ore. Volendo effettuare una ricarica rapida occorre un apposito caricabatterie ad impulsi, controllato elettronicamente, che impiega circa un'ora; non ne ho mai visti, e non so quanto costino. La vita dichiarata è di 100-500 cicli di carica-scarica, come abbiamo visto dipendenti da quanto le si scarichino; si può scendere anche sotto i 100 cicli, ma i 500 probabilmente sono un po' utopici. La "morte" della batteria non avviene tanto per calo di tensione, ma più che altro per la capacità che si accorcia fino ad azzerarsi. Altra caratteristica simpatica delle alcaline ricaricabili è la bassa autoscarica; analogamente alle Li-ion potete lasciarle per anni in un cassetto, e le ritroverete quasi completamente cariche.
Da qualche tempo (agosto 2002) mi sono attrezzato con uno “stock” di queste batterie, che non ho però utilizzato in modo pesante; appena possibile vi farò sapere come funzionano. C’è anche chi dice che la tecnologia di queste batterie non è in fondo molto diversa dalle alcaline non ricaricabili, e che nel giro di poco tempo tutte le alcaline in vendita dovrebbero diventare ricaricabili. Se fosse così, vorrebbe dire che il problema della maggiore resistenza interna sarebbe risolto. Francamente non ne sono troppo convinto.

La ricetta

A conclusione di questa dissertazione, sarete magari curiosi di conoscere la mia ricetta per una convivenza felice con le batterie.

Batterie agli Ioni di Litio

Quasi tutti i cellulari attuali sono equipaggiati con queste batterie, che hanno due pregi principali: pesano poco, e tutti sono convinti che non abbiano effetto memoria (!).

La ricarica potrebbe essere rifatta in qualsiasi momento, ma vi consiglio di farla con una cadenza fissa, scelta sì in modo da evitare con certezza di rimanere con la batteria scarica, ma minimizzando il numero di cicli di carica (pare che le Li-Ion durino di più se non tenute sempre al massimo della carica); ad esempio: ogni due giorni; il lunedì ed il giovedì; ecc.

Se, come me, tendete a dimenticarvene, è meglio che ne teniate una seconda sempre a portata.

Tuttavia, tenete presente che ho usato una batteria Li-Ion per quasi tre anni scaricandola ogni volta fin quasi in fondo, e non ha mostrato problemi particolari. Il trucco, in realtà, sta in quel "quasi"; lo ripeto di nuovo: non esagerate mai, in nessun senso, perchè molto probabilmente farete solo male alla vostra amata batteria.

Non lasciate mai la batterie esposte a temperature estreme. Cioè: va bene al freddo, ma scaldatela prima di usarla; mai invece in macchina al sole: a parte i danni alla batteria stessa, quelle al litio hanno la simpatica tendenza ad esplodere, non vorrei proprio sperimentarne le applicazioni!

Quando una batteria al litio perde una parte significativa di capacità, passatela a "riserva" e compratene una nuova, o passate a batteria principale quella che era di riserva in precedenza. In genere vi potrà servire ancora per anni.

Batterie Ni-Cd

I telefoni che usano queste batterie sono ormai pochi e datati; tuttavia, poichè ve ne sono ancora, ecco i miei consigli, eredità di un conoscente radioamatore noto come "quello a cui le batterie durano in eterno". Le Ni-qualcosa sono decisamente più impegnative, ma sopportano stoicamente maltrattamenti ed eccessi. Per esse ogni carica, specie se rapida, è sempre un po' traumatica; occorre sì evitare l'effetto memoria, ma senza dimenticare che ogni batteria ha una sua vita misurata in numero di cicli carica/scarica che può sopportare; evitiamo quindi di ricaricare la batteria troppo di frequente, poiché questo "brucia" un ciclo disponibile. Una batteria ricaricata due volte al giorno quando ne basterebbe una sola, anche con il più tecnologico dei caricabatterie, dura comunque la metà di quanto potrebbe. Una batteria che dura poco in più di un giorno, e viene scaricata ogni giorno fino in fondo e poi ricaricata, non solo non dura di più, ma anzi rischia ogni volta di essere sovrascaricata e quindi di durare di meno.

Se il telefono dura solo una giornata, mettetelo sotto carica solo una volta al giorno, quando tornate a casa. Fregatevene di scaricarlo ogni volta; grosso modo ogni settimana o due, scaricate completamente la batteria (spesso non ve ne dovete preoccupare nemmeno, vi capita comunque perché tornate a casa più tardi). Per le batterie senza effetto memoria potete tranquillamente farlo una volta ogni mese o due, senza patemi d'animo, tanto per tacitare la coscienza.

Se il telefono vi dura due o tre giornate, spegnetelo la notte (a meno che non ci teniate ad essere svegliati) e moltiplicate il discorso di cui sopra per due o tre. Non vi preoccupate di essere precisi, l'unica cosa che interessa alla batteria è di non cedere alla routine.

Questo per quanto riguarda le batterie al Nichel.

Ultime piccole "chicche" da tenere presente (liberissimi di non crederci, ma questa è la mia esperienza):

• Quando ne valutate le prestazioni, considerate che le batterie fornite insieme al telefono sono quasi sempre le migliori in assoluto (i fabbricanti selezionano e forniscono prodotti magari standard, ma di qualità controllata e costante); non posso dire altrettanto dei ricambi originali.
• Se acquistate prodotti non originali, considerate che, soprattutto se costano meno delle corrispondenti originali, molto difficilmente dureranno veramente di più di queste (per non parlare di quelle di prima fornitura), nonostante quello che c'è scritto in etichetta. Ho visto batterie da 1500 mAh "compatibili" di quelle da 840 che duravano più o meno lo stesso tempo; osservando bene, l'etichetta dice "1500 max"! (come dire: ti dò uno stipendio di max 20.000 eur/mese... ma quanto effettivo?!?). Altri non si fanno scrupoli a mettere numeri totalmente inventati (tanto, in effetti, chi li controlla?). Ergo: occhio; se il prodotto non è di marca nota, deve essere veramente conveniente per esserne consigliabile l'acquisto...