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.