Le batterie per BB: guida per principianti (e non…)

**giangi** · 15-04-2012, 15:52

Le batterie sono l’elemento della sigaretta elettronica che ha maggiore impatto in termini di sicurezza.
Qualche nota aggiuntiva, soprattutto per coloro che si affacciano ora all’utilizzo dei BB o delle Mods, anche se ripetitiva, non può far male.
Questa guida non vuole essere esaustiva, per non disorientare chi inizia ad interessarsi a questi temi, quindi si manterrà su una linea generale ed essenziale. Ulteriori approfondimenti saranno fatti in seguito.

Per seguire alcuni passi di questa guida è necessario conoscere solo la legge di Ohm, che lega la tensione (della batteria) V in Volt con la resistenza (dell’atomizzatore) R in Ohm e la corrente che attraversa il circuito I in Ampere. La riporto qui, per coloro che arrivano a leggere questo 3d senza conoscerla:

V = R x I; oppure I = V/R
La potenza erogata (in watt) W è data da:
W = RxIxI oppure W = VxV/R

In pratica ricordate che: data una batteria con tensione V ed un atomizzatore con resistenza R, la corrente erogata e la potenza erogata saranno maggiori quanto più grande è la tensione V e quanto più piccola è la resistenza R.

Innanzitutto per togliere un dubbio di base che il neofita dello svapo potrebbe avere, ricordiamo che nelle nostre applicazioni si devono usare solamente batterie RICARICABILI agli Ioni di litio, con relativi caricabatterie dedicati. In pratica, quelle che avete in casa non vanno bene

.Le classiche batterie primarie o ricaricabili al Ni (e sue varianti) non sono adatte per le nostre applicazioni, sia in termini di tensioni (si tratta di celle da 1,2 – 1,5 Volts, mentre l’utilizzatore di ecig spazia fra 3 e 6 e più Volts), sia in termini di correnti erogabili (frazioni di Ampere, quando per le ecig servono da 1 a 3 A, mediamente).

Nota di servizio. Questo 3d sarà chiuso per mantenerlo pulito e facilmente leggibile e per aggiornarlo, se necessario. Qualunque commento, suggerimento, richiesta può essere fatto su quest’altro 3d QUI.

Buona lettura

**giangi** · 15-04-2012, 15:52

Sulle tipologie di batterie rimando all’ottimo post di [MENTION=1395]dejan[/MENTION] QUI per maggiori dettagli.

Essenzialmente le batterie con cui avremo a che fare appartengono a tre categorie:
Li-Ion al Cobalto (le più “comuni”), LiCoO2, con circuito di protezione o senza (cosiddette ICR)
Li-Ion al Manganese, LiMn (cosiddette IMR)
Li-Ion al Ferro e Fosforo, LiFePO4 (cosiddette IFR) – generalmente solo a 3 V

Risulta evidente che nelle sigle IXR, I sta per Ioni di Litio, X (C, M, F) sta per Cobalto, Manganese e Ferro, R sta per Round (formato cilindrico)

Esistono poi alcune varianti, tipo le Li-Ion al Cobalto e Manganese (alcuni modelli della Panasonic, ad esempio) che uniscono alcuni pregi delle due tipologie.

I formati (nominali) più utilizzati (diametro x lunghezza) sono:
14500 14mm x 50mm (formato AA) - 3,7 V
15266/15270 15mm x 27 mm (formato CR2) – 3 V e 3,7 V
16340 16mm x 34mm (formato CR123a) - 3,7 V
17335/17340 17mm x 34mm (formato CR123a) - 3 V
17500 17mm x 50mm - 3.7 V
17670 17mm x 67mm - 3.7 V
18350 18mm x 35mm - 3.7 V
18500 18mm x 50mm - 3.7 V
18650 18mm x 65mm - 3.7 V

Esistono anche altri formati (più piccoli, come le 10440 (10mm x 44mm formato AAA) e le 14250 (14mm x 25mm formato 1/2 AA) scarsamente utilizzati per la scarsa autonomia e corrente erogata, o più grandi, come le 26500 (26mm x 50mm, formato C) finora non molto utilizzate nelle ecig per le dimensioni eccessive.

Si tenga presente che, a seconda della marca, vi sono delle tolleranze sul diametro dovute ai differenti involucri utilizzati: questo può rendere a volte impossibile l’inserimento della batteria in un BB a tubo. Anche la lunghezza può variare, rispetto a quella nominale: ad esempio le batterie con circuito di protezione (PCB) sono in genere 2mm più lunghe del valore nominale (questo può provocare il non completo avvitamento del tappo di chiusura del “tubo” o uno schiacciamento eccessivo della molla in una box-mod).

La tensione nominale (3,7 V o 3 V) fa riferimento al valore tipico della tensione disponibile “sotto carico” della batteria completamente carica. La tensione “a vuoto” della batteria appena tolta dal caricatore è invece di 4,2 V e 3,4 V rispettivamente. Per capire meglio, continuate a leggere il post successivo.

**giangi** · 15-04-2012, 15:53

La capacità (contenuto di energia) della batteria si misura in mAh (milliAmpere-ora) e, in generale, maggiore è questo valore maggiore sarà la durata della batteria prima di doverla ricaricare.

E’ altrettanto ovvio che le batterie di dimensioni maggiori conterranno più energia, in genere. Ma dipende anche dalla tipologia di batteria: Le ICR, a parità di dimensioni, hanno capacità superiori alle IMR le quali a loro volta hanno capacità superiori delle IFR (sempre a parità di dimensioni)

Tipiche capacità delle batterie sono le seguenti, con i valori inferiori per IMR (se esistenti per quel formato) o LiFePo4 (nel caso delle 17xxx):
14500: 500 - 900 mAh
15266/15270: 300 - 600 mAh
16340: 500-700 mAh
17335/17340: 550 – 1000 mAh
18350: 700 – 1200 mAh
18500: 1100: – 1600 mAh
18650: 1600 – 4000 mAh

Ma la capacità non è tutto: perchè è importante, durante la scarica della batteria, che la tensione si mantenga alta il più a lungo possibile. Infatti, man mano che si scaricano, la tensione della batteria diminuisce. In questo 3D potete trovare alcune curve di scarica delle batterie.
Notate che, innanzitutto, appena “chiuso” il circuito (“sotto carico”, quando fate passare corrente all’atomizzatore), la tensione scende immediatamente di 0,3 – 0,6 V rispetto alla tensione misurata “a vuoto” (circuito “aperto”, senza erogazione di corrente). Questa caduta di tensione è dovuta alla cosiddetta “resistenza interna” della batteria. La batteria infatti, attraversata dalla corrente, ha una sua resistenza interna che dissipa un po’ di energia (e la batteria si scalda). Ovviamente, maggiore è la corrente richiesta (atomizzatori a bassa resistenza) maggiore sarà la caduta di tensione. Tanto più piccola è la resistenza interna della batteria, migliore è la sua qualità.

Le batterie IMR sono caratterizzate da una bassa resistenza interna (20-50 milliohm), seguite dalla LiFePo4 ed infine dalle ICR (150 – 250 milliohm). Se poi le ICR sono dotate di circuito di protezione (PCB) questo aggiunge una ulteriore, seppur piccola, resistenza interna al sistema.
Per questo si dice che le IMR (o anche alcune batterie non protette di qualità) hanno più “spunto”: nel senso che all’attivazione, si ha una minore caduta di tensione sotto carico e quindi una maggiore potenza trasferita all’atomizzatore rispetto ad altre batterie. Ma questo aspetto viene approfondito nel prossimo post, se avrete la pazienza di leggere.

Non aspettatevi poi che riuscirete a sfruttare tutta l’energia contenuta nelle batterie: in genere ne sfrutterete il 70% (con buone batterie) fino a scendere al 30-40% con batterie di scarsa qualità.

Quindi una batteria di scarsa qualità da 3000 mAh può fornire meno energia utile di una ottima batteria da 2000 mAh nominali. Questo perché la capacità nominale delle batterie è definita in condizioni di scarica normalizzate (e a temperature ben definite) e fino alla tensione minima di sicurezza (2.8-3 V per le batterie con tensione nominale di 3,7 V; 2-2.2 V per batterie da 3 V), mentre noi tenderemo a cambiare la batteria quando la tensione scende al di sotto di 3,4 V (per le batterie da 3,7 nominali) o 2,4-2,5 V (per le batterie a 3 V nominali). Inoltre le batterie più scarse (alta resistenza interna) tendono a rendere disponibile l’energia a tensioni più basse, spesso sotto il livello necessario per un uso soddisfacente del vostro hardware (se puramente meccanico e senza controlli e regolazioni elettroniche).

**giangi** · 15-04-2012, 15:53

Si sente spesso parlare di “C” della batteria, ma purtroppo questa indicazione non è mai scritta sull’involucro della stessa e raramente nella descrizione del prodotto in vendita.

Il fattore di scarica della batteria rappresenta la in pratica la “potenza” della batteria, cioè la velocità con cui riesce a rendere disponibile la sua energia (capacità della batteria). In pratica è la massima corrente (in ampere) che riesce ad erogare senza eccessive cadute di tensione (causate dalla resistenza interna) e quindi in sicurezza (senza scaldarsi molto).

Questa corrente massima viene indicata in “C”, normalizzata al valore di capacità della batteria: una batteria di capacità 2000 mAh con una corrente massima di 2 A ha un fattore di scarica di 1 C. Se la corrente massima che può sopportare fosse 1 A (1000 mA) il suo fattore di scarica sarebbe 0,5 C (1000 mA/2000 mAh).

Un altro esempio: una batteria da 750 mAh con fattore di scarica pari 0,5 C, può erogare in sicurezza una corrente massima di 375 mA. Se avesse un fattore di scarica di 2 C, potrebbe erogare in sicurezza 1,5 A (750 x 2 = 1500 mA).

E quindi evidente che, a parità di “C” della batteria, più questa è “piccola” in termini di capacità (mAh), minore sarà comunque la corrente massima erogabile.

Il fattore di scarica è limitato da tre aspetti: dimensioni della batteria, resistenza interna, tipologia di batteria. Le batterie più piccole hanno in genere valori di “C” inferiori alle batteria più grandi, a parità di qualità della batteria. Le batterie di scarsa qualità hanno elevate resistenze interne (a parità di tipologia) e quindi valori di “C” inferiori.

Sulle tipologie di batterie in termini di ICR, IMR ed IFR, queste ultime due, IMR e IFR, hanno fattori di scarica molto elevati (anche decine di “C”), rispetto alle ICR che in genere non dovrebbero essere utilizzate a valori superiori di 2-4 C.

Un utilizzatore di BB in genere necessita fino a 2-3 A di corrente per essere “soddisfatto”. Alcuni necessitano addirittura di 4 A. E’ necessario quindi che le batterie siano in grado di fornire questi valori di corrente, che abbiano cioè i “C” sufficienti, altrimenti la batteria avrà una caduta di tensione molto forte (per resistenza interna) e sembrerà scarica. Inoltre si scalda molto e questo va assolutamente evitato per motivi di sicurezza.

Una batteria ICR 18650 di capacità 2000 mAh, se di buona qualità fornisce almeno 2C come fattore di scarica, quindi sarà in grado di erogare fino a 4 A senza grossi problemi.
Una ICR 18350 da 900 mAh con fattore di scarica di 2C dovrebbe invece essere utilizzata solo se non si richiedono correnti superiori a 2 A.

Ci vengono quindi in aiuto le batterie IMR, che hanno fattori di scarica elevati (almeno 4 C per le batterie più piccole, 10 C ed oltre per le più grandi). Anche le IFR hanno elevati fattori di scarica (se di buona qualità, sopra i 10 C).
Ultima notazione: la presenza di un circuito di protezione (PCB) in una batteria ICR, fra le altre cose limita anche la corrente massima di scarica, in genere, ad un valore pari a 2-3 C.

Per capire quanta corrente serve al nostro BB meccanico, è sufficiente dividere la tensione nominale di funzionamento (3,7 o 6 V con due batterie da 3 V in serie) per la resistenza in ohm dell’atom: Ad esempio con un LR da 1.5 ohm alimentato a 3,7 V, la corrente assorbita sarà 3,7/1,5 = 2,5 A circa. A 6 V con un atom a 2,5 ohm, avremo 6/2,5 = 2,4 A. Se qualcuno necessita di andare a 7,4 V (due batterie da 3,7 V in serie, con un atom da 2,5 ohm necessiterebbe di un assorbimento di 7,4/2,5 = 3 A circa.

Tenete conto che quando mettete le batterie in serie, entrambe le batterie saranno soggette all’assorbimento calcolato come sopra. Quindi usando ad esempio due batterie da 3 V di capacità 600 mAh, per usarle in sicurezza con un atom da 2,5 ohm dovreste assicurarvi che abbiano un fattore di scarica di almeno 4C (e questa certezza la avrete solo se usate batterie IMR o LiFePo4 di buona qualità).

In questa sede non approfondisco per ora il discorso sui BB a voltaggio variabile, in quanto la corrente erogata dalle batterie e quella assorbita dall’atomizzatore non coincidono, essendoci l’elettronica di mezzo. Come sapete esistono VV cosiddetti “step-up” (in uscita si possono avere tensioni superiori a quella della batteria installata, tipo Provari, Lavatube, etc…) e “step-down” (da cui si parte con una tensione maggiore con due batterie in serie e viene regolata verso valori inferiori in uscita (Buzz-Pro, Infinity, etc.). Diciamo che, per semplificare, negli “step-up” la corrente che attraversa la batteria è maggiore di quella che arriva all’atomizzatore e negli “step-down” è il contrario, quindi in questo caso le batterie sembrerebbero meno “sollecitate” in termini di C richiesti. Ma il discorso è più ampio e complesso e lo lascio per il futuro, anche con il contributo degli esperti in elettronica del nostro forum.

**giangi** · 15-04-2012, 15:55

Come sapete o avrete sentito dire, le batterie possono esplodere e causare gravi danni. Quello che non vi viene però detto chiaramente è che questi eventi sono piuttosto rari, quindi non dovete vivere nel terrore, se seguite delle semplici regole di buon senso. Se invece siete molto impressionabili, cominciate a buttare via tutti i telefonini ed altri aggeggi elettronici che portate con voi.

Utilizzate sempre batterie di buona qualità e acquistatele in shop che ritenete affidabili. Le batterie che costano molto poco valgono generalmente poco (alte resistenze interne, involucri che lasciano a desiderare, alto tasso di fallosità, etc.) Spenderete qualcosa di più, ma ne vale la pena. L’affidabilità dello shop è importante per essere sicuri che non si sia approvvigionato da fornitori sconosciuti, anche perché cominciano a circolare “falsi” anche delle batterie più apprezzate, le AW.
Evitate l’uso di batterie ICR non protette nei BB meccanici. Anzi (fregandomene di chi non è d’accordo): non usate batterie non protette nei meccanici. Ci sono batterie di elevata qualità come le Panasonic NCR 2900 e 3100 mAh che non sono protette (nascono per comporre i pacchi batterie dei laptop e simili, e la protezione viene messa successivamente nell’assemblaggio del pacco). Non usatele nei meccanici senza alcun circuito di protezione. Potrebbero essere tollerate in alcuni elettronici step-up, con elettronica affidabile e comprendente la protezione (Provari, ad esempio), ma siate consapevoli che state utilizzando una batteria non protetta.
Le batterie IMR e IFR non hanno circuito di protezione, ma la loro composizione chimica è tale da rendere molto più improbabili ed molto meno intense le eventuali rotture ed esplosioni. Sono fatte per sopportare alte correnti. Il consiglio è di utilizzare le IMR negli elettronici, soprattutto se “step-up” (se si usano 18650 ad alta capacità – 3000 mAh - potrebbe andar bene anche una ICR protetta) e le LiFePo4 (e in seconda battuta le IMR) quando dovete metterne due in serie per i 6V o per gli elettronici “step-down”. Andrebbero bene anche le ICR protette (e a volte vanno bene) ma potreste essere limitati nella corrente erogata a causa delle limitazioni del PCB.
L’utilizzo delle IMR e IFR nei BB meccanici, quindi privi di protezione elettronica dai corto-circuiti vi espone al rischio che il corto (provocato magari dall’atomizzatore o dai pin degli attacchi atom) faccia circolare correnti elevatissime nel BB. Una 18650 da 2000 mAh con fattore di scarica 10-12 C è in grado di erogare correnti di 20-25 A!. La batteria probabilmente non esplode, ma il vostro BB subirà sicuramente dei danni (molla, pulsante, guarnizioni nell’attacco atom, etc) che potrebbero renderlo meno sicuro nel futuro. OK, non succederà mai nulla , ma un BB meccanico con inserita una batteria IMR dentro necessita di una certa attenzione. Se non avete problemi di elevate correnti da erogare, nei meccanici usate le ICR protette.
Quando si mettono due batterie in serie, il rischio di danni alle batterie aumenta se le batterie non hanno il medesimo “comportamento”. Capita spesso che una delle due batterie si scarichi prima dell’altra: continuando a usare il BB la batteria sana risulta più sollecitata e rischia di rovinarsi, se non peggio. Non usate mai in serie batterie di marche differenti. Sarebbe opportuno controllare che all’inizio le due batterie siano entrambe cariche approssimativamente allo stesso livello di tensione (basta un tester da pochi soldi). Eventualmente “segnate” le coppie e/o distinguete le batterie con un segno col pennarello.
Non insistete ad usare batterie che presentano danneggiamenti all’involucro di protezione o che tendono a scaricarsi rapidamente o che avete “resuscitato” dopo che si sono scaricate (magari più di una volta) al di sotto del limite inferiore di tensione (2,8 V per le 3,7 nominali, 2,2 V per le 3 V nominali). Smaltitele (correttamente) ed acquistatene delle altre.
Acquistate un caricabatterie di qualità e non datene per scontato il corretto funzionamento per l’eternità. Verificate ogni tanto (sempre col tester) la tensione a cui ha caricato la batteria: non deve superare i 4,2 V o i 3,4 V (rispettivamente per le 3,7 V nominali e le 3 V nominali).
Non lasciate incustodite le batterie in carica: questo non vuol dire che dovete stare tutto il tempo con gli occhi puntati addosso al caricabatterie, ma sarebbe buona norma controllare ogni tanto se le batterie si stanno scaldando troppo durante la carica (brutto segno) e toglierle dal caricatore non appena si ha “luce verde” (molti caricabatterie danneggiano le batterie proprio nella fase finale). Non fatevi prendere dalla corsa all’ultimo mAh immagazzinato e al centesimo di volt aggiunto alla batteria in carica: così accorciate la vita delle batterie.
Le batterie diminuiscono le loro prestazioni (e il livello di sicurezza) col tempo e con i cicli di carica e scarica. Non abbiate pietà, quando sono ormai “vecchie” (500-1000 cicli, le IFR possono durare anche di più) smaltitele ed acquistatene di nuove. Non vi accanite a sfruttarle fino all’esaurimento.
Ultima nota: le batterie non sono giocattoli da buttare e conservare alla rinfusa dove capita e trattare con sufficienza. Soprattutto viste le potenze disponibili ultimamente. Alcune di quelle che usiamo nei BB non hanno nulla a che fare con le “batteriole” del vostro telecomando. Niente stress, per carità, ma non ci “giocate”, in particolare se pensate di divertirvi a fare delle misure con un tester su un BB “bello carico”….