Copertina del videopodcast

Premessa

Ci si riferisce a dispositivi in cui le batterie siano facilmente accessibili e siano celle agli ioni di litio (Li-Ion) a 3.7 Volt nominali, di tipo 18350, 18500, 18650, oppure 20700/21700, oppure le più piccole 16500 e simili, in alcuni casi a polimeri di litio (Li-Po) di varie potenze: non si parla di dispositivi in cui la batteria sia entrocontenuta e installata dalla fabbrica – sia che si tratti di Pod, sia di box a batteria integrata – in quanto la sostituzione è in alcuni casi impossibile (device sigillato), oppure è possibile ma ardua o estremamente difficoltosa senza adeguata attrezzatura e senza le necessarie nozioni tecniche.

Vita delle batterie

La prima cosa da dire è che nessuna batteria ricaricabile ha vita infinita, esattamente come quelle delle autovetture o di qualsiasi altro dispositivo utilizzatore. Il momento della sostituzione giunge perché, per varie ragioni, vengono meno le condizioni fisiche ed elettro-chimiche necessarie ad un funzionamento ottimale. L’intervallo di tempo di vita utile è condizionato da molti fattori, per questo parlare di “vita media” ha abbastanza poco senso.

Fattori condizionanti per la vita

I principali sono:

1. la velocità di ricarica.
   Le batterie al litio amano più l’essere caricate lentamente che velocemente. Dunque, se nel corso della vita utile di impiego si potesse effettuare la carica il più lentamente possibile, sarebbe meglio farlo. La carica veloce, pur possibile con le dovute cautele, tende ad accorciarne la vita tanto più quanto più spesso la si impiega e quanto più rapido è il processo di carica. Inoltre, va ricordato che una carica veloce richiede un processo di carica ben ingegnerizzato e studiato a puntino, non una semplice somministrazione di energia così, tout court, senza alcun particolare criterio.
2. i livelli di carica/scarica.
   In linea generale, per massimizzare la vita di una batteria al litio la carica dovrebbe giungere non oltre l’80% e la scarica non sotto al 20%. Non entriamo nel merito del significato esatto ma, per quanto riguarda i dispositivi da vaping, solitamente i circuiti segnalano batteria scarica quando i livelli sono ancora abbastanza entro i limiti, mentre non segnalano nulla quando la carica supera l’80% e, quindi, l’interruzione della carica resta un compito di chi la gestisce. Scaricare oltre accorcia sensibilmente la vita delle batterie e, in qualche caso, ne riduce la capacità; ma anche caricarle sempre al 100%, se non si inizia ad utilizzarle subito (e quindi si inizia subito il processo di scarica), ne accorcia la vita e ne riduce presto la capacità massima.
3. le condizioni di impiego.
   In ambito vaping, solitamente per l’uso da guancia (MTL) la scarica è sempre abbastanza progressiva e moderata, viste le basse potenze in gioco. Per l’uso in flavour (RDL) già c’è un dispendio maggiore di energia in tempi minori, visto che le potenze in gioco cominciano a oscillare tra i 25 e i 50 Watt. Nell’uso polmonare (DL o DTL), in modo particolare se parecchio spinto (potenze ≥ 100 Watt), la scarica è potente e invasiva. La stessa batteria, usata in MTL magari resiste bene fino a 200-400 cicli di ricarica; in RDL tra 100 e 150; in DL o DTL può durare anche meno di 20-30 ricariche, dopodiché inizia a cedere.
4. la tecnologia di scarica.
   Nel vaping esistono fondamentalmente due modi di impiegare l’energia della batteria e somministrarla alla resistenza contenuta nel dispositivo di evaporazione: tramite un circuito elettronico (complesso, come quello delle box o tubi con le regolazioni, o semplice, come quello delle box o tubi con il solo tasto di erogazione), oppure tramite connessione elettrica diretta (modalità cosiddetta meccanica). Nel primo caso, il circuito non solo protegge da problemi di cortocircuito e sovraccarico, ma impedisce anche di scaricare la batteria oltre il dovuto. Nel secondo, invece, non solo non ci sono protezioni, ma nulla (salvo il gusto avvertito) avvisa l’utilizzatore di quanto avanzato sia lo stato di scarica. Dunque, chi predilige tale modalità, faccia particolare attenzione, in modo da non oltrepassare il 20% di scarica. Meglio cambiare la batteria quando è ancora abbastanza carica che non quando è troppo scarica. Le celle al litio, correttamente impiegate, non hanno effetto memoria come le vecchie batterie al Nichel-Cadmio (Ni-Cd): possono essere ricaricate in qualsiasi momento.
5. la temperatura di esercizio.
   Le batterie al litio sono nemiche del calore. Più si tengono al fresco, meno si fanno scaldare, meno si deteriorano e più durano. Quando si caricano velocemente, scaldano ed è quello uno dei motivi scatenanti della riduzione di durata. Più si chiede loro di erogare tanta energia in poco tempo, più scaldano, più si accorcia la loro vita. Per questo chi svapa in DL/DTL cambia batterie molto, molto più spesso di chi svapa in MTL. E per questa stessa ragione, per dirne una fuori del mondo dello svapo, è estremamente consigliabile evitare, se possibile, la carica wireless di smartphone e smartwatch: accorcia la vita delle batterie semplicemente perché è una metodologia che produce calore addizionale proprio per sua natura (induzione elettromagnetica) e, vista la preferenza del pubblico per la ricarica rapida, fa riscaldare le batterie sia da dentro (per via della velocità di ricarica), sia da fuori (per via della metodologia di trasferimento di energia, che aggiunge il proprio calore a quello già sviluppato). Il problema non si presenta, ad esempio, negli spazzolini da denti elettrici in quanto hanno quasi tutti la ricarica a induzione, ma molto lenta.

Metodologia di ricarica

Come si accennava prima, caricare una batteria non significa, tout court, collegarla ad una fonte di energia in corrente continua e attendere. Significa, invece, impiegare una metodologia precisa, stabilita da leggi fisiche la cui osservanza ne tutela l’integrità, ne salvaguarda la durata e ne massimizza la resa. Se, un tempo, caricarle attraverso le prese USB delle box non era consigliabile in quanto i circuiti erano di assai pochi scrupoli nell’attuare il processo di carica, oggi in linea di massima non è più così: con l’adozione dello standard USB-C, ormai divenuto opzione predefinita, solitamente si può stare abbastanza tranquilli per una carica “di emergenza” o in viaggio. Tuttavia, nella quotidianità, impiegare un buon caricabatterie separato resta l’opzione migliore per varie ragioni. Vediamone alcune:

1. Monitoraggio – nei caricabatterie separati solitamente vi è un display, dal quale possono evincersi molti dati importanti misurati in tempo reale e, tra questi, citerei la tensione in Volt ai capi della batteria, la corrente di carica in Ampere, l’impedenza interna in mΩ (milliOhm) e la percentuale di carica.
2. Velocità di ricarica – i caricabatterie separati solitamente permettono di scegliere la velocità di ricarica e, come abbiamo appena appreso, salvo casi di necessità ci permettono di optare per quella lenta (solitamente è la scelta predefinita).
3. Protezione dalla sovracarica – normalmente i caricabatterie separati arrestano il processo di carica una volta che questa sia completata e, nei modelli più evoluti, permettono persino di impostare il tetto massimo di percentuale (raro ma, se c’è, è particolarmente utile per processi di carica non presidiati). Quando tale caratteristica manca, limitare la carica massima è compito dell’utilizzatore, fermo restando che, se subito dopo si prevede di impiegare la batteria, caricarla al 100% non rappresenta un problema, lo è solo se subito dopo la carica si pensa di immagazzinare la batteria e usarla dopo tempo.

A cosa serve conoscere la resistenza interna?

Ricordiamo, per evitare definizioni fantasiose, cosa si deve intendere per “spinta” in ambito meccanico e semimeccanico (Mosfet):

La “spinta” è la capacità di un sistema di erogazione energetica di trasmettere energia dalla batteria all’utilizzatore con la minor caduta di tensione possibile e la maggior tenuta di corrente possibile.

In ambito elettronico tale definizione è inapplicabile in quanto intervengono quasi sempre delle parametrizzazioni, spesso personalizzabili (boost, pre-heat, ecc.), che modificano la curva di erogazione energetica verso il carico (resistenza) in base a criteri prestabiliti studiati a progetto e non a caratteristiche elettro-fisico-chimiche del dispositivo.

Resistenza interna, scorciatoia: serve a capire il grado di usura della batteria. La resistenza interna in realtà è come se, tra la batteria e la resistenza utilizzatrice, ci fosse una ulteriore resistenza in serie, che riduce la resa sia durante la carica che durante la scarica. Non è una resistenza reale, è solo l’effetto dell’usura dei componenti. Ma esiste e comporta, sostanzialmente:

1. riduzione della tensione effettivamente presente sulla resistenza dell’utilizzatore. Una volta premuto il tasto, la tensione scende dai 4.1/4.2 Volt a vuoto a 3.9, 3.8, anche 3.7 Volt, o anche meno. Più è alta la resistenza interna, più tale valore scende nel momento in cui viene applicato il carico (ossia premuto il tasto e chiuso il circuito). Se la box o il tubo hanno il circuito con le regolazioni, non ci si accorge di nulla salvo il fatto che la batteria viene sollecitata di più e, di conseguenza, dichiarata scarica prima del previsto; se il circuito non ha regolazioni si avverte solo “poca spinta” e, dopo abbastanza poco tempo, batteria indicata come scarica; se non c’è circuito (quindi si è in meccanico), semplicemente si avverte “poca spinta” o, nei casi peggiori, nessuna erogazione o quasi.
2. riduzione dell’efficienza del processo di ricarica. Quando la resistenza interna della batteria è alta, la carica è più lunga, più difficoltosa, meno efficace e meno efficiente. La tensione a vuoto ai capi della cella dopo la carica può anche risultare di 4.1/4.2 Volt, il che la farebbe sembrare quasi in buone condizioni, ma all’atto dell’impiego ci si accorge che la resa è bassa perché la carica non si è potuta svolgere con la dovuta intensità, dunque all’atto dell’applicazione del carico la tenuta di tensione è molto ridotta e il valore scende subito a livelli da batteria scarica (quando non a livelli prossimi allo zero). Se la situazione fosse questa, non ci sarebbe scampo: la batteria sarebbe da sostituire.

Quali valori dicono che la resistenza interna è troppo alta?

Caricabatterie per celle al litio MiBoxer, reperibile su Amazon e altri marketplace.

Il valore della resistenza interna si può ottenere attraverso una specifica procedura di calcolo a fronte di condizioni tecniche di misura precise, ma ciò è al di fuori della portata del vaper medio. Per il grande pubblico, direi che sia meglio servirsi di un caricabatterie in grado di indicarlo (esempio nella figura di lato, alla data di uscita di questo articolo il dispositivo è reperibile su Amazon).

In linea di massima, valori pari a 20/30 mΩ (riferiti al display del caricabatteria in figura) mediamente indicano una batteria in buone condizioni; attestandosi oltre il valore di 50/60 mΩ si ha una batteria in stato avanzato di vita, ancora usabile ma abbastanza “stanca”; valori di 80/90/100 mΩ indicano una batteria in avanzato stato di usura. Sono ovviamente valori molto spannometrici, ma danno un’idea.

Considerazioni sulla sicurezza

Meglio sostituire una batteria troppo presto che troppo tardi. Meglio caricare poco che troppo. Meglio scaricare troppo poco che troppo. Cortocircuiti e sovraccarichi assolutamente da evitare: le celle al litio, sotto cortocircuito o sovraccarico, sviluppano gas, si gonfiano, sfiammano e in casi estremi esplodono, incendiandosi e incendiando ciò che hanno intorno. Possono produrre ustioni e lesioni anche gravissime. Insomma, c’è poco da scherzarci e questo non solo nel mondo dello svapo, ma ovunque le si impieghi. Per tale ragione, devono essere sempre custodite negli appositi contenitori, cariche o scariche che siano, scongiurando qualsiasi contatto accidentale. Quando impiegate su dispositivi meccanici (box o tubi poco importa), per il trasporto non basta fidarsi delle eventuali sicure: l’unica manovra affidabile è toglierle dai dispositivi utilizzatori e inserirle nelle loro custodie isolanti.

Da notare che, quando si utilizza la modalità DL o DTL, spesso le batterie sono sfruttate ai limiti delle loro capacità. Per questa ragione occorre essere estremamente cauti: scherzarci sopra può avere esiti assai poco augurabili. Tecnicamente e scientificamente nulla vieta di usarle ai limiti delle loro prestazioni (accettando la conseguente riduzione del ciclo di vita), ma ciò va fatto non a occhio, bensì facendo gli opportuni calcoli e accertandosi di essere entro i limiti di sicurezza (richiede conoscenza di leggi di Ohm e Joule, nonché del datasheet della batteria in uso).

Per tale ragione, per chi ancora avesse voglia di farlo, è bene evitare di fare gli smargiassi con il cloud chasing per far vedere che si è bravi (ma neanche in MTL con i tubi e le box meccanici): le batterie al litio non perdonano. Meglio chiedere aiuto a chi sa, senza vergogna e senza per questo sentirsi come “quello che ce l’ha piccolo”, pena il rischio di ritrovarsi al centro ustionati e salvo complicazioni.

Scusate, non voglio impaurire nessuno, ma queste precisazioni erano indispensabili in quanto il 99.(9) per cento degli incidenti di cui si è letto sui media (e relative strumentalizzazioni) sono dovuti all’imperizia degli utilizzatori e non ai dispositivi o alle batterie.

Spero, con questo, di aver fornito gli elementi essenziali in forma il più semplice possibile per garantire una “relazione” serena con le batterie al litio, non solo nel mondo del vaping, ma in qualunque ambito se ne faccia impiego.

MVP