Come misurare la capacità di una batteria

• L’unità di misura
• Procediamo con il calcolo

Per poter calcolare la durata di una batteria occorre scoprire per quanti milliampere-ora (mAh) è garantita dal produttore.

Attenzione: non confondete ampere con ampere-ora, i primi sono l’unità di misura della corrente elettrica, mentre gli ampere-ora sono l’unità di misura della quantità di carica elettrica.

L’unità di misura

Il milliampere-ora (mAh) deve essere letto esattamente come facciamo con i millimetri o i millilitri, quindi, nel caso di 1.600 mAh avremo a disposizione 1,6 A per un’ora di tempo.

Naturalmente se si assorbiranno 0,8 A otterremo una durata di due ore o 0,4 A per 4 ore e via di seguito.

Il dato dei mAh mentre è praticamente sempre indicato nelle batterie ricaricabili, assai raramente è riportato sulle confezioni delle normali batterie “usa e getta”.

Questo sia perché il tipo di consumo è diverso, sia perché, in chiave di marketing, fa più effetto parlare di “durata fino a 9 volte superiore … eccetera, eccetera”.

Comunque torniamo al nostro calcolo. Nei libretti di istruzione dei nostri apparecchi elettrici normalmente troviamo il dato della potenza espresso in watt.

Procediamo con il calcolo

Da questo dato possiamo facilmente risalire all’intensità di corrente (Ampere) necessaria per farlo funzionare, semplicemente dividendo la potenza per la tensione (cioè il voltaggio della o delle batterie).

Facciamo un esempio: la torcia professionale (una vera super torcia – n.d.r.) VARTA LED Outdoor ha una potenza di 4 watt e necessita di tre batterie C. Per alimentarla usiamo le VARTA ricaricabili da 1,2 volt e 3.000 mAh.

Dividendo i 4 watt per i 3,6 volt (1,2 per tre batterie in serie ) otteniamo 1,1 Ampere, o per facilità di calcolo successivo 1.100 mA, che è quanto ci occorre per far funzionare la nostra torcia alla massima potenza.

Le tre batterie ricaricabili C che andremo ad usare sappiamo che complessivamente erogano 3.000 mAh (attenzione: non si deve moltiplicare il valore dei mAh per il numero di batterie), quindi non ci resta che dividere tale cifra per i 1.100 mA che abbiamo ottenuto dal precedente calcolo e abbiamo la durata della nostra batteria: circa 2 ore e tre quarti di uso continuato.

Se 2 ore e tre quarti vi sembrano poche dovete tenere conto che abbiamo svolto il nostro esempio su una torcia potentissima, che il nostro esperto ha definito scherzosamente in grado di illuminare da Roma l’arcipelago de La Maddalena in Sardegna.

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……aggiornato il 22/01/2021 ….

Circa la misura dell’energia, paradossalmente le più informate sono le casalinghe che, quando arriva la bolletta della “luce”, vanno a verificare i chilowattora addebitati.

Con le batterie non si può fare riferimento a contatori certificati, come quelli dell’Enel, ma il meccanismo di calcolo è il medesimo: Wattora = Volt x Amper x Ore.

La differenza riguarda solo la dimensione dei valori in campo e infatti abbiamo a che fare più frequentemente con i milliamper, piuttosto che con Amper.

Pertanto, per conoscere la “potenza” di una batteria dobbiamo scaricare l’energia su un carico per una certa durata e fare il conteggio di Volt x milliaAmper x Ore di scarica.

Il problema delle batterie al Litio è la variazione, importante, della tensione durante la carica e la scarica.

In sostanza accade che se verifichiamo un elemento 18650 su una resistenza di 10 ohm avremo una scarica di 1764 milliwatt a 4,20 volt, cioè all’inizio della scarica, e di solo 900 milliwatt a 3 volt, cioè a fine scarica.

La differenza è abissale e non ci consente alcuna semplificazione dei conteggi basati sulla durata della scarica.

Possiamo calcolare il valore medio e moltiplicare per le ore e otteniamo i milliwattora, ma è del tutto evidente che si tratta di un conteggio assai pressapochistico, perchè la tensione, durante la scarica, non esprime valori perfettamente lineari.

In teoria possiamo migliorare il conteggio rilevando il dato di volt e milliamper di scarica ogni ora e procedere poi alla media. Con tuttavia un inconveniente: è una verifica molto, ma molto onerosa.

Non mi immagino, infatti, che qualcuno possa restare incollato per ore con il tester e l’orologio a misurare la scarica di una batteria.

Diventa indispensabile ricorrere ad un microcontrollore programmato, che non è altro che un computer; possiamo fargli fare questi conteggi, ogni secondo, cioè 3600 volte ogni ora, anzichè uno solo ogni ora.

E’ quello che accade nei conteggi delle centraline “GRATIS” e “TUBO” dove il “lavoro” viene svolto da un microprocessore, potente quanto quello dei computer di qualche anno fa.

Il tutto è facilitato da pochi sensori che misurano le tensioni in punti strategici, tramite un hardware dedicato, peraltro molto, molto semplice.

Oltre al microcontrollore occorre un software di qualità, che fa la differenza.

L’importante è il software.

Vedasi l’algoritmo utilizzato negli sketch arduino, per cumulare l’energia.

    // calcolo energia cumulata nelle batterie durante la carica e scarica:
    // verifica ogni secondo (3600 secondi = 1 ora):
    if (millis() > vecchio_millis + 999)
    {
      m_watt_scarica  =  volt_batterie * mAmper / 100;
      if (m_watt_scarica < 0) m_watt_scarica = 0;
      m_wattora_scarica = m_wattora_scarica + m_watt_scarica;
      vecchio_millis = vecchio_millis + 1000;
    }

Posso assicurare che questo campionamento dà indicazioni con una tolleranza veramente stupefacente.

Naturalmente il microprocessore evidenzia sul display tutte le informazioni che ci interessano, in continuità, durante la scarica e a fine scarica, alternate ogni 2 secondi circa, a rotazione.

Fra l’altro sostituisce anche l’orologio, perchè dà conto del tempo che trascorre, in ore, minuti e secondi.

La verifica, circa la “reale” potenza utile, possiamo farla dopo aver acquistato una batteria; prima dobbiamo fare riferimento alle indicazioni di etichetta del costruttore.

Con le Litio si fa spesso confusione tra milliamper (mA), che è il dato istantaneo e milliamperora (mAh), che è il dato cumulato.

Quest’ultimo è un dato importante, il limite raggiunto è di 3500 mAh, dati maggiori sono un falso.

In ogni caso ci interessa andare oltre ai milliamperora: ci interessa conoscere i milliwattora “utili”.

Per stabilire i milliwattora di un pacco di batterie, che intendiamo utilizzare in un qualche progetto, dobbiamo moltiplicare questi valori per la tensione della batteria.

Indicativamente le 18650 Samsung 30Q (3.000 mA) esprimono all’incirca 10.000 milliwattora di potenza “utile”.

Un’altra variabile da considerare è l’intensità della scarica che, se molto rapida, si traduce in perdite varie e difficoltà a scaricare tutta l’energia disponibile.

Questa variabile incide pesantemente con le batterie usurate.

I produttori più seri pubblicano grafici delle caratteristiche delle loro batterie, ma la prova pratica, sul campo, con uno strumento affidabile, è d’obbligo, stante anche la presenza di prodotti contraffatti.

Tutto ciò è facilmente realizzabile con le centraline, via via proposte sul BLOG, a partire dalle “GRATIS“.

Ultimo, in ordine di tempo, il “TUBO-SCARICHINO” e lo “SCARICA LITIO 3S 1000“.

In quest’ultima centralina, ideale per il chek-up, il software prevede anche la visualizzazione in corso d’opera e a fine scarica dei milliwatt di scarica ogni ora, al fine di facilitare il grafico su un foglio elettronico.

Naturalmente è possibile realizzare scariche ad intensità selezionabile, via hardware, con valore, ad esempio, di 250 mA, 500 mA e 1000 mA.

E’ molto interessante verificare la differenza di rendimento con ciascuna carica (rapida o lenta).

Il differenziale riscontrato è un buon indice della freschezza della batteria,

Da non sottovalutare anche la “potenza” rilevata in sede di carica, con gli stessi criteri.

E’ egualmente molto indicativa, specie se con carica lenta, perchè il rendimento delle Litio è molto elevato, all’incirca superiore al 95% e lo scostamento tra i milliamper rilevati è modesto.

Ciò considerato possiamo utilizzare, come riscontro affidabile, anche le centraline di carica, che indicano i milliwattora caricati. Quali la “LITIO-TEST” per elementi singoli 18650.

Lo stesso dicasi, per la scarica, con la centralina “SCARICA-LITIO“, sempre per elementi 18650 singoli, descritta alcune settimane fa.

Sicuramente è un elemento di raffronto significativo, nella verifica di batterie di diversi costruttori, perchè omogeneo.

Altra nota meritevole di attenzione concerne l’intensità della scarica, perchè, lo ripeto, la scarica veloce comporta delle perdite, o mancato utilizzo di energia, che non ci sono con una scarica molto lenta.

Riguarda principalmente le batterie usurate che si rifiutano di “caricare” energia se non con intensità molto deboli. Lo stesso accade con la scarica.

Pertanto la potenza (volt x amper x durata), in sede di check-up, va rilevata con indicazione del fattore di scarica, cioè di ore di scarica.

Con dieci ore di scarica l’indice verrà indicato come “C10”, con 6 ore “C6” e così via.

Anche questo dato, che indichiamo appunto con “C” viene rilevato al termine della scarica nelle centraline con il software delle revisioni più recenti.

PASSA PAROLA !!!!!

….. continua ….