18650: un numero, tante batterie!

Introduzione

Questo articolo nasce da una spiacevole esperienza con una serie di pile al litio. Avevo bisogno di creare un “battery-pack” per alimentare un faretto a led sulla mia bicicletta. Dato l’uso mobile saltuario, la tecnologia al litio è probabilmente la più indicata: compatta, leggera, con una bassa autoscarica: basta quindi con trovare le batterie sempre a terra nel momento in cui servono! E così, cercando un poco una soluzione veloce e conveniente ho acquistato quattro batterie formato 18650 con una capacità dichiarata di ben 12Ah: ma come vedremo nel prosieguo, la realtà era ben altra!

Prima di addentrarci nella storia, mi preme sottolineare come questo articolo non voglia mettere all’indice o promuovere alcun marchio o soluzione tecnica ma solo condividere una esperienza ed alcune conoscenze acquisite per la comune utilità.

Le batterie 18650

Dietro a questo numero si cela un mondo di differenti batterie al litio il cui comune denominatore sono la forma cilindrica e le dimensioni che si aggirano sui 65mm di lunghezza per 18 di diametro (da cui il nome 18_65_0).

Questo tipo di batteria ricaricabile è molto comune e diffusa nei pack per PC portatili ma, anche e sempre più, trova applicazioni differenti quali biciclette elettriche, giocattoli, lampade portatili, sigarette elettroniche.

Per migliorare l'affidabilità della singola cella, nei modelli migliori sono integrati dei circuiti di protezione che controllano e limitano la massima corrente erogata, la minima tensione di scarica e la massima tensione di ricarica. Per alloggiare i circuiti di protezione, talvolta la lunghezza dell’elemento può incrementare da 2mm a 5mm, nel qual caso si dovrebbe più correttamente parlare di formato 18700: la standardizzazione del prodotto è ancora poco osservata specie dai costruttori minori.

Le misure

Torniamo alla mia esperienza. Le batterie che avevo scelto sono rappresentate nell’immagine in titolo e marcate GIF™, acquistate sul web a buon prezzo. Non mi aspettavo grandi prestazioni, certo non credevo ai 12Ah dichiarati ma mi attendevo almeno i 2Ah che “tutte le 18650” dovrebbero avere ed ero quindi ottimista che avrebbero fatto al caso mio.

Preparato il pacco di quattro con il relativo circuito di protezione, iniziavo qualche banale test a banco. Il dubbio e la delusione non tardarono molto ad arrivare. L’autonomia del faretto era di pochi minuti in luogo delle ore previste a calcolo. Controllato tutto, verificato il circuito di carica, protezione ed equalizzazione, non mi rimaneva che approfondire l’analisi delle batterie. Caricate una ad una secondo i migliori metodi e provate con scarica costante da 200mA (meno di un decimo della capacità minima attesa!), la capacità reale non arrivava mai nemmeno a 500mAh!! La curva sotto riportata esprime più di ogni parola la situazione.

Decisamente qualcosa non era come atteso e dichiarato.

Approfondimento dell’analisi sulle mie batterie

Deluso ed amareggiato, ho deciso di approfondire ulteriormente l’indagine misurando il peso di ogni singola batteria e trovandolo di circa 25g complessivi, dati dalla somma di 13g di parte attiva e 12 di contenitore ed etichetta. Questo dato sarà utile nell’analisi comparativa presentata nel prossimo capitolo.

Con tutte le precauzioni del caso, ho deciso di aprire allora un elemento per verificarne il reale contenuto. Ecco cosa ho trovato:

Decisamente le mie batterie risultano “vuote” e di fattura “artigianale”. Per convincersene, basti guardare per paragone l’immagine sottostante di un elemento “equivalente”:

Illustrazione 4: Vista di una cella 18650 prima del confezionamento finale. Fonte: wikipedia

L’analisi del mercato

Appurato che nelle celle che avevo acquistato “c’era qualcosa che non andava”, tanto per usare un eufemismo, vediamo se e quali dati dichiarati da altri costruttori e marchi possono aiutarci a capire in anticipo la reale qualità del prodotto trattato ed indirizzarci verso un acquisto meno rischioso. Per questa analisi ci avvarremo di una tecnica nota come “price/gram” o “unit/cost”, utile a mettere in evidenza elementi “fuori dal coro”. Prima di vedere i dati raccolti dal mercato, riassumiamo alcuni dati caratteristici medi della tecnologia riportati da Wikipedia.

Fonte dati: Wikipedia

Prendendo per aggiornate e direttamente applicabili al nostro caso dette informazioni possiamo fare alcune previsioni su cosa dovremmo trovare sul mercato. Il volume utile per la parte attiva di una cella 18650 è di circa 13600mm3 o 0,0136dm3. Da questo, possiamo stimare che una batteria dovrebbe avere indicativamente una capacità compresa fra 0,92Ah e 2Ah. Valori molto distanti da questi devono insospettire. Di pari passo, una cella dovrebbe pesare qualcosa compreso nell’intervallo 17-49g di parte attiva, più contenitore ed etichetta, valutato in circa 11-13g.

Questo premesso come primo metro di valutazione, vediamo i dati dichiarati e rinvenuti su una quindicina di modelli presi da siti di vendita on-line.

Per evitare di farci condizionare da aspetti commerciali, marca e modello di ogni prodotto preso in considerazione viene sostituito da un numero progressivo.

Le colonne di costo e capacità, ci danno già qualche spunto di riflessione, ma tutto diventa molto più chiaro calcolando i due parametri indicati nelle due colonne a destra:

• Wh/kg cioè Energia specifica per unità di massa

• €/Ah cioè costo per unità di capacità

Mettiamo in grafico i due parametri appena citati: