domenica 26 marzo 2017

Batteria smartphone: ecco il (vero) modo corretto di caricare e usare le batterie al litio

     Il litio, il più leggero tra i metalli, sta alla base del funzionamento delle batterie dei dispositivi elettronici più diffusi nella nostra epoca, ovvero gli smartphone, i tablet, i computer, i trapani, le fotocamere, perfino i satelliti e le auto elettriche. Tali batterie funzionano diversamente dalle vecchie batterie al nichel, necessitano di essere trattate in un modo preciso che la maggior parte delle persone ignora.
     In questo articolo voglio far chiarezza su come vanno correttamente caricate, scaricate e, in generale, trattate le batterie al litio, fornendo informazioni anche sul loro funzionamento: se trattate male, infatti, queste possono danneggiarsi velocemente e spesso irrimediabilmente; e se sono integrate nel dispositivo, ovvero non removibili, una volta danneggiate ci costringono a portare lo smartphone dal tecnico, che deve poi aprirlo, quindi smontarlo, per cambiare la batteria... o addirittura a comprare un nuovo dispositivo, spendendo cifre spesso alte inutilmente e producendo rifiuti.

     Voglio specificare che quest’articolo è stato scritto dietro attenta documentazione evitando ogni copia-e-incolla di dicerie vaghe o false leggende metropolitane prese da altri siti o blog farlocchi, come spesso capita di vedere sul web: esso è concepito per risultare più chiaro possibile anche per coloro che non conoscono nulla di fisica, elettronica e chimica; contemporaneamente però non vuole ridursi a un semplice elenco di procedure, cercando di spiegare anche il motivo per cui certe condotte sono consigliabili e altre no. Perciò, al fine di rendere gli utenti più consapevoli di ciò che va fatto, alcune voci sono accompagnate da righe di approfondimento che spiegano le ragioni di quanto detto subito prima: al lettore che voglia capire non solo come comportarsi con le batterie al litio ma anche il perché consiglio di leggere anche queste sezioni.
     Le fonti principali per questo articolo sono state da una parte le mie conoscenze universitarie di chimica e fisica, dall’altra il sito batteryuniversity.com, realizzato da Isidor Buchmann, fondatore della Cadex Electronics Inc., azienda che dagli anni ’80 si occupa di test e analisi sulle batterie. Ho anche personalmente interpellato il personale della Cadex per farmi confermare informazioni in mio possesso: ringrazio quindi il sito batteryuniversity.com per i dati e le tabelle e John Bradshaw, della Cadex, per aver risposto ai miei messaggi.


Informazioni di base
     Occorre mettersi d’accordo sui termini usati di seguito prima di esporre i consigli per un corretto uso delle batterie al litio.

I. Che vuol dire che una batteria invecchia?
     Una batteria nuova riesce a restituire quasi il 100% del suo “potere” all’inizio, mentre una batteria vecchia restituisce una parte sempre minore di questo potere ogni volta che viene usata, durando cioè sempre meno nel tempo. Quando ciò accade si dice che invecchia.

II. Che vuol dire che una batteria si guasta?
     La batteria guasta non è più in grado di “tenere la carica”, è una batteria rotta e quindi inutilizzabile. In breve una batteria morta. A differenza delle batterie invecchiate, che funzionano e durano meno, quindi, le batterie guaste non si possono più usare.

III. Cosa si intende per cicli carica-scarica?
     Un ciclo è la fase di ricarica e successiva scarica della batteria e può essere di due tipi.
  • Ciclo completo: è un ciclo in cui la batteria viene caricata completamente (al 100%) e scaricata a valori molto bassi (15%). Il ciclo completo dovrebbe in realtà spingersi fino allo 0%, cioè fino allo spegnimento del dispositivo, ma, come sarà chiarito meglio più avanti, non si può mai davvero scaricare totalmente una batteria al litio, che anzi è una cosa da evitare.
  • Ciclo parziale: è un ciclo di ricarica e scarica fatto tra qualunque coppia di valori compresi tra il 100% e il 15%, per esempio:
100%-30% scarica
30%-80% ricarica
80%-25% scarica
25%-65% ricarica
65%-40% scarica
40%-55% ricarica ecc...

IV. Numero di cicli completi predefinito
     Si sente spesso dire che le batterie al litio abbiano una vita dalla durata programmata quantificabile in un certo numero di cicli: si tratta solo di un’approssimazione in quanto quello del numero di cicli è solo uno dei modi per calcolare la vita di una batteria. Quanti cicli una batteria possa fare al massimo nella sua vita prima di invecchiare dipende molto da come viene usata e risulta quindi un po’ azzardato pretendere un valore medio di riferimento. A noi basta considerare quindi che le batterie al litio prima o poi invecchiano, ma che noi, col nostro uso consapevole, possiamo rallentare questo processo, anche di molto.

V. Invecchiamento “cronologico” spontaneo
     L’invecchiamento della batteria dipende anche dal semplice passare del tempo. Che la si usi oppure no, quindi, le batterie si degraderanno progressivamente e questo è un fenomeno che non si può fermare (almeno non con le tecnologie attuali): in generale più tempo passa, più una batteria al litio invecchia.
     Ciò è particolarmente importante se si vuole acquistare una batteria di riserva da affiancare alla prima: occorre controllare la data di produzione della batteria stessa prima di acquistarla, perché più essa è antica meno sarà efficiente. Il consiglio è quindi di comprare batterie più recenti possibile (la data di fabbricazione è indicata sulla batteria stessa o nella confezione).

VI. Tasso di autoscarica
     Le batteria al litio hanno un bassissimo tasso di autoscarica. Per autoscarica si intende lo scaricamento spontaneo delle batterie al litio, anche se non vengono usate. Rispetto ad altre batterie, quello delle batterie al litio è un tasso di autoscarica molto basso, quasi nullo, tuttavia esso esiste (soprattutto a causa di circuiti interni che continuano a funzionare anche se la batteria non viene usata) ed è importante ricordarselo quando si ripone la batteria per non usarla più (vedi a tal proposito come conservare una batteria).


Come si effettua correttamente la ricarica e la scarica delle batterie al litio

     Fatte queste doverose premesse, ecco i veri criteri da seguire per usare correttamente le batterie dei propri dispositivi.

1. Le batterie al litio non vanno scaricate completamente!
     Non lasciar mai scaricare la batteria fino allo 0% o fino a valori troppo bassi, cioè mai al di sotto del 15-20%. Far scaricare troppo la batteria significa farle un danno e si rischia di portarla al punto di renderla addirittura non più caricabile, quindi da buttare. Inoltre scaricare troppo la batteria la fa invecchiare prima, accorciandole la vita. Se il livello di carica si abbassa troppo, quindi, si dovrebbe evitare di farla scaricare ulteriormente, magari attivando il risparmio energetico, spegnendo la connessione a internet, attivando la modalità aereo o spegnendo il dispositivo.

     Molti fanno invece scaricare completamente le batterie prima di ricaricarle. È un’abitudine spesso in buona fede, ma parecchio sbagliata e si rifà alle vecchie batterie al nichel usate alcuni anni fa, che dovevano appunto essere scaricate del tutto per evitare il cosiddetto “effetto memoria”, che consisteva in questo: se la batteria cominciava a essere ricaricata partendo da valori intermedi, la carica non utilizzata non veniva poi erogata al ciclo di scarica successivo, come se la batteria “ricordasse” da che punto fosse partita (esempio: se si scaricava una batteria al 30% e la si caricava partendo da quel valore, poi al ciclo successivo essa forniva solo il 70% della sua carica massima, “dimenticando” di fornire il rimanente 30% non sfruttato).
     Le batterie al litio non soffrono dell’effetto memoria e non hanno bisogno quindi di essere completamente scaricate (cosa che anzi le danneggia).

 IN PARTICOLARE... 

Scaricare allo 0% è impossibile. A dirla tutta, la scarica totale è impossibile. I produttori sanno bene che le batterie al litio non possono scaricarsi completamente, altrimenti si rompono. Per questo motivo fanno in modo da far rimanere sempre una minima percentuale di carica nella batteria anche quando essa appare totalmente scarica: perciò quando la nostra batteria si esaurisce completamente andando allo 0% e facendo spegnere lo smartphone, in realtà possiede ancora una certa carica, ma lo smartphone interrompe l’alimentazione prima che quella carica di riserva venga consumata, mettendo al sicuro la batteria. Questa carica “di riserva” è un meccanismo di sicurezza che serve ad evitare danni, specie nel caso di inutilizzo prolungato. Le batterie con poca carica, infatti, rischiano di cadere in una sorta di “coma elettrico” dal quale possono anche non risvegliarsi più.

Batterie in “coma”. Quando una batteria si scarica si abbassa il voltaggio delle sue celle (il voltaggio è la differenza di potenziale elettrico, una cosa che permette alla batteria di funzionare). Ora, lo scaricamento eccessivo e ripetuto di una batteria al litio al di sotto del valore del 15-20% fa diminuire pesantemente il voltaggio delle celle, le quali devono invece restare impostate su certi valori ottimali per poter fare il loro lavoro, per cui provare a ricaricare una batteria rimasta molto scarica per tanto tempo (cioè con voltaggio insufficiente) può essere addirittura pericoloso ed è per questo che spesso la batteria risulta non più ricaricabile: meccanismi di sicurezza dello smartphone impediscono la ricarica in quelle condizioni di voltaggio troppo basso.

La scarica totale accorcia la vita. Inoltre scaricare profondamente la batteria riduce il numero di cicli che essa può sostenere nella sua vita: per avere un’idea di quanto l’eccessiva scarica influisca sulla vita di una batteria, ecco un grafico comparativo in cui si mostra come il numero di cicli di una batteria cambi a seconda del tasso di scarica che le viene abitualmente applicato (valori stimati).

I dati del grafico sono tratti dal sito batteryuniversity.com, in un articolo presente a questo link.

Regola da ricordare!
     Vale quindi questa regola:
  • Se si scarica tanto o completamente una batteria al litio la si usa per più ore, ma la si fa invecchiare prima, cioè la batteria potrà fare un minor numero di cicli totali prima di degradarsi e invecchiare.
  • Se si scarica poco la batteria prima di ricaricarla di nuovo si userà un po' meno energia durante l’uso di un singolo ciclo, ma essa potrà essere usata con alta efficienza per più tempo, cioè potrà fare un maggior numero di cicli (più cicli = vita più lunga).


2. Ricaricare prima possibile le batterie molto scariche
     Se la batteria è troppo scarica, ricaricarla il prima possibile. Può capitare, nonostante tutto, che le batterie si scarichino sotto il 15% (magari per imprevisti usi intensi): una volta ogni tanto non è un problema, purché vadano ricaricate subito. Ricaricare una batteria riporta il voltaggio delle celle a valori accettabili. Più tempo passano nello stato di scarica, maggiore è il rischio che esse si danneggino.


3. Evitare le ricariche complete
     Quello che vale per le scariche complete vale anche per le ricariche complete: far caricare una batteria sempre al massimo riduce i suoi cicli di vita, facendola invecchiare molto prematuramente.

 IN PARTICOLARE... 

Le celle delle batteria non devono superare un certo voltaggio. Quando si carica una batteria si aumenta il suo voltaggio. La maggior parte dei produttori imposta la batteria per essere caricata non oltre un voltaggio di 4.20 volt per cella (voltaggio che corrisponde alla carica del 100%): a questo voltaggio la batteria può fornire il massimo della sua carica. Se per ipotesi si applicasse un voltaggio più alto di 4.20 volt la batteria avrebbe un’efficienza ancora maggiore, ma la sua vita si accorcerebbe moltissimo e, come se non bastasse, si avrebbe l’effetto collaterale della formazione di placche di litio su uno dei poli della batteria, il che impedirebbe il normale funzionamento di quest’oggetto; sempre a voltaggi troppo elevati, poi, le reazioni chimiche produrrebbero un aumento della temperatura e della pressione interne, il che potrebbe anche rompere fisicamente la batteria, farla incendiare o addirittura esplodere.

Meccanismi di sicurezza. Per evitare tutto ciò sugli smartphone sono presenti meccanismi di controllo che bloccano la corrente elettrica alla batteria dopo il raggiungimento del 100%, anche se il caricabatterie continua a restare collegato. A tal proposito leggi il mio articolo sul lasciare in carica lo smartphone mentre si dorme per sapere come mai sia un’abitudine da evitare anche se la cosa non danneggia di per sé la batteria.

     In questo grafico si nota come la ricarica eccessiva porti a una drastica diminuzione del numero di cicli disponibili per la vita della batteria (i valori sono stimati).

I dati del grafico sono tratti dal sito batteryuniversity.com, in un articolo presente a questo link.

     Come si vede dal grafico, continue ricariche complete alla batteria la fanno invecchiare molto prima: da notare poi il ripidissimo calo di durata per valori sotto i 3.90 volt: questo accade quando la batteria viene abitualmente scaricata al di sotto del 15%.

Regola da ricordare!
Ecco la regola al riguardo:
  • Se si ricarica totalmente la batteria si applica un più alto voltaggio alle celle e questo garantisce una quantità maggiore di energia erogata dalla batteria, ma accorcia i suoi cicli di vita (quindi la batteria invecchierà più rapidamente).
  • Se si ricarica parzialmente la batteria il voltaggio applicato è più basso, questo permette alle batterie di restituire meno energia ma il numero di cicli di vita cresce, anche di molto (la batteria dura cioè di più nel tempo).


4. Evitare i cicli carica-scarica completi: i cicli parziali fanno bene alle batterie
     In base a quanto detto sopra risulta ormai chiaro perché la batteria a litio vada caricata spesso e con cariche parziali, cioè in modo incompleto: stressarla continuamente con cicli completi, ovvero scaricandola e caricandola completamente, paradossalmente la fa invecchiare più velocemente. Per cui possiamo sentirci tranquilli quando la carichiamo “in qualunque momento” e “al volo”.

Quindi ricapitolando:
  • I cicli completi (carica al 100% e scarica a meno di 15%) forniscono un po’ più di energia durante la giornata ma uccidono velocemente la batteria nel tempo, quindi entro breve tempo l’efficienza della batteria diminuirà anche se vengono applicate cariche complete.
  • I cicli parziali forniscono meno energia durante la giornata ma prolungano anche di molto la vita della batteria nel tempo.
  • Voltaggi troppo elevati (ricariche al 100%) sono uno stress per la batteria, le accorciano la vita e possono romperla fisicamente.
  • Voltaggi troppo bassi (scariche complete o molto basse) accorciano la vita alla batteria possono mandarla in “coma elettrico”.


Regola da ricordare!
     Ed ecco la regoletta magica: in generale l’intervallo di valori di sicurezza entro cui va tenuta la batteria è tra il 20% e l’80%. Questi sono non i valori migliori, ma quelli che non si dovrebbero normalmente superare. Sforare questi valori ogni tanto non è un dramma, ma se caricate completamente la batteria assicuratevi di usarla subito dopo e se la scaricate completamente ricaricatela subito. Ma qual è il ciclo migliore da far fare alla batteria? La risposta nel prossimo paragrafo.


5. Quando devo cominciare a ricaricare la batteria?
     Se abitualmente si hanno a disposizione prese di corrente (casa, ufficio...) allora il miglior consiglio per far invecchiare la batteria più lentamente è iniziare a caricarla quando raggiunge valori intorno al 40%. Il 40% è una sorta di valore ideale, di miglior compromesso possibile: non abbiamo quindi bisogno che la batteria raggiunga il valore minimo di sicurezza (15-20%) per iniziare a ricaricarla. Perché proprio il 40%? In questo grafico potete comprendere la risposta: esso mostra l’efficienza di alcune batterie al litio (cioè quanta carica vera possono fornire - asse verticale) e il loro numero di cicli di vita totali (asse orizzontale) a seconda del tipo di cicli di ricarica e scarica che vengono loro applicati quotidianamente (diversi cicli corrispondono a diverse linee colorate).

In ordinata la capacità di erogare energia, in ascissa il numero di cicli di vita di una batteria (SoC sta per "State of charge", stato di carica, ovvero il tipo di ciclo applicato alla batteria; DST sta per "Dinamic stress tests", test di stress dinamico).
Fonte: batteryuniversity.com, articolo a questo link.

     Come si vede, per una batteria agli ioni di litio il miglior ciclo possibile, che garantisce la vita più lunga e l’efficienza maggiore, sarebbe quello che oscilla tra il 75% e il 65% (curva arancione), ma questo sarebbe abbastanza scomodo nel quotidiano perché richiederebbe di ricaricare la batteria molte volte al giorno. Ecco perché in questo articolo consiglio di oscillare tra il 40% e l’80%: esso è un intervallo molto vicino ai valori della curva viola (75%-45%), che indica il ciclo migliore dopo quello sopra citato. Con questo tipo di cicli la batteria durerà tanto e non perderà molta efficienza, erogando sempre bene la sua energia.


6. Ricarica durante la notte: fa bene o fa male?
     Questa è una delle domande più cliccate in rete. Ebbene, anche se a questo punto sarete in grado di rispondere da soli in base a quanto letto, ho dedicato un articolo a parte per questo argomento, che si trova a questo link.


7. Il troppo caldo fa malissimo
     Le alte temperature danneggiano pesantemente le batterie al litio, che da questo punto di vista sono quindi molto suscettibili: la batteria si degrada e si scarica tantissimo se esposta ad alte temperature, sia nel caso in cui essa sia in uso, sia nel caso in cui sia stata messa da parte e conservata.

     Il calore facilita moltissimo lo scaricamento della batteria, anche se non viene usata e compromette la quantità di energia che essa può fornire.
     Nella tabella che segue si vede la percentuale di energia che una batteria può tornare a fornire dopo un anno passato in varie condizioni di temperatura.

I dati del grafico sono tratti dal sito batteryuniversity.com, in un articolo presente a questo link.

     Ciò premesso, bisogna tenere sempre a mente che mentre si ricarica una batteria essa subisce sempre un aumento della temperatura: questo è normale a causa degli impulsi di corrente che le arrivano. Lo notiamo anche se tocchiamo il caricabatterie o il telefono durante la ricarica constatando che essi sono tipicamente un po’ più caldi del solito. Ora, in questi momenti la cosa migliore sarebbe caricare il dispositivo da spento, perché in questo modo il processore non funziona, non si hanno consumi e non si sviluppa ulteriore calore oltre quello della ricarica in sé (inoltre la ricarica è anche più veloce!); ma se lo smartphone serve anche durante la ricarica, o se non si può spegnere mentre è in carica (come gli smartphone Microsoft Lumia), allora dobbiamo stare attenti almeno a non far lavorare il processore in modo intenso, perché questo scalderebbe la batteria ancora di più e, come detto sopra, il calore eccessivo danneggia pesantemente le batterie.
     Di conseguenza è assolutamente sconsigliabile durante la ricarica eseguire attività energivore, come avviare applicazioni “pesanti” (come certi giochi dalla grafica molto elaborata), guardare video lunghi, magari in streaming, o girare video lunghi o time lapse con la fotocamera, e limitarsi a inviare messaggi, leggere la posta elettronica, consultare un sito, tutte attività più “blande”, che fanno lavorare meno il processore e che quindi sviluppano meno calore.

     Non a caso le batterie per i computer portatili si rompono spesso in breve tempo proprio a causa delle temperature: quando si lavora tanto al computer le parti interne producono molto calore e le batterie si guastano: in tali casi la cosa migliore è alimentare il computer solo con il cavo e rimuovere la batteria, per reinserirla solo quando la temperatura sia scesa (è anche vero che tenere inserita la batteria mentre si lavora può prevenire perdite di dati in caso di mancanza improvvisa di corrente elettrica o di sbalzi di tensione: perciò il compromesso ideale, se proprio non si vuole correre questo rischio, è usare un gruppo di continuità oppure, alla meno peggio, lavorare con la batteria sempre inserita, ma facendo ogni tanto delle pause per permettere all’hardware di raffreddarsi).

     Sempre in riferimento alle alte temperature: non si deve mai lasciare lo smartphone esposto al sole diretto, tenendolo sempre in ombra, perché altrimenti diventa caldo anche se inutilizzato, così come non va lasciato nell’auto chiusa parcheggiata al sole o accanto a fonti di calore, come vicino ai camini, sopra i termosifoni, accanto alle stufe o vicino ai fornelli accesi.


8. Il troppo freddo non aiuta
     Le batterie funzionano grazie al movimento di minuscole particelle di litio all’interno della batteria stessa: quando gli ioni di litio si muovono dal polo negativo (anodo) a quello positivo (catodo) la batteria si scarica; quando la si carica invece il flusso di ioni avviene al contrario.
     Ora, il movimento delle particelle minuscole dipende dalla temperatura: più bassa è la temperatura, più lento è il movimento delle particelle. Le temperature troppo basse, quindi, impediscono alle particelle di muoversi e impediscono alla batteria di funzionare. Esistono precisi valori di temperatura al di sotto e al di sopra dei quali le batterie non vanno usate (temperatura di scarica) o caricate (temperatura di ricarica): essi sono elencati nei manuali di istruzioni dei dispositivi (vedi paragrafo seguente).
     Al massimo, nel caso in cui si voglia conservare la batteria, la si può mettere in frigo (poco sopra la temperatura di 0° C), ma sicuramente non nel congelatore (altro falso mito: sotto zero la ricarica non avviene!). A tal proposito vedi anche il mio articolo su come conservare le batterie al litio.


9. Temperatura di ricarica e di scarica
     Esistono degli intervalli più o meno definiti in cui le batterie possono operare, ma bisogna distinguere se per “operare” intendiamo l’essere caricate o l’essere scaricate (cioè usate).
     Ebbene, per le batterie al litio nei nostri smartphone gli intervalli di tolleranza sono i seguenti:
  • temperature di ricarica: entro 0° C e 45° C;
  • temperature di scarica: entro –20° C e 60° C.

     Naturalmente, come sempre in questi casi, i valori estremi sono i massimi e i minimi consentiti, sono valori critici e perciò sono da evitare. Dire che una batteria può essere ricaricata al massimo a 45° C non significa che dobbiamo spingerla sempre a quella temperatura.


10. Come va usata la ricarica rapida?
     Sempre più smartphone si stanno dotando della funzione di ricarica rapida, spesso chiamata fast charge o quick charge, a seconda del produttore. Sono funzioni indubbiamente vantaggiose per chi va sempre di fretta e non può attendere i tempi, spesso lunghi, di caricamento di batterie sempre più capienti, ma bisogna fare attenzione a non usare questa funzione troppo spesso perché essa aumenta la temperatura della batteria, facendola invecchiare più rapidamente. Vale quindi il solito consiglio: usate poso spesso la ricarica rapida e, se la usate, evitate di far lavorare troppo il telefono.


     Come vedete, per garantire una vita più lunga alla batteria basta seguire pochi e semplici accorgimenti. Se una batteria viene tenuta in vita per più tempo si risparmiano soldi (perché non si è costretti a comprarne una nuova o a comprare uno smartphone nuovo), si ottimizza il proprio acquisto e soprattutto si producono meno rifiuti, rispettando l’ambiente.

     Ecco un riassunto di queste norme di buona condotta appena esaminate:
  • Non far scaricare la batteria sotto il 15%-20%.
  • Ricaricare prima possibile una batteria molto scarica.
  • Non ricaricare sempre la batteria al massimo (100%).
  • Evitare cicli completi: i cicli parziali fanno vivere la batteria più a lungo.
  • Se possibile, ricaricare già al 40%.
  • Restare al massimo tra il 20% e l’80% nell’uso quotidiano.
  • Evitare il troppo caldo e il troppo freddo: le batterie fresche durano tanto.
  • Non usare spesso la ricarica rapida.


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mercoledì 22 marzo 2017

Smartphone vecchi e batterie di riserva: come conservarli nel cassetto in tutta sicurezza

Premessa importante
     Questo articolo è stato redatto dietro attenta documentazione, usando sia le mie conoscenze personali di fisica e chimica, sia alcuni dati tecnici tratti dal sito batteryuniversity.com, creato da Isidor Buchmann, fondatore della Cadex Electronics Inc., un’azienda che dagli anni ’80 si occupa di test e analisi delle batterie di tutti i tipi.
     Ringrazio in particolare John Bradshaw, della Cadex, per avermi personalmente fornito importanti informazioni a conferma della mia documentazione pregressa.

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     Spesso capita di conservare uno smartphone diventato troppo vecchio o di non usarlo per un certo periodo di tempo; capita altresì di aver acquistato una seconda batteria d’emergenza che si vuole tenere da parte nel caso in cui serva. In tutti questi casi si preannuncia un periodo più o meno prolungato di stasi totale per la batteria, la quale non subirà ricariche o scariche per un bel po’. Ebbene, se si ha motivo di credere che prima o poi quelle batterie verranno usate di nuovo o semplicemente se si vuole evitare che si guastino è bene sapere che esse vanno messe da parte in condizioni ben precise.

     Ecco i consigli da seguire per riporre “nel cassetto” uno smartphone non più usato o una batteria al litio di riserva in modo sicuro. Essi valgono per tutte le batterie al litio, quindi anche quelle in uso nei tablet o nei computer portatili.

1. Mai conservare una batteria molto scarica
     Le batterie al litio non possono rimanere molto tempo in condizioni di poca carica, perché questo danneggia il processo chimico che le fa funzionare e al successivo riutilizzo potrebbero anche non funzionare più; farle rimanere troppo tempo con poca carica abbassa il voltaggio nominale delle celle, ovvero la differenza di potenziale elettrico nella batteria, che è proprio ciò che fa “muovere” le particelle di litio quando la batteria si carica e si scarica. Se il voltaggio delle celle scende sotto il suo valore minimo per funzionare la batteria diventa inservibile e lo smartphone non la caricherà, bloccando il circuito di alimentazione per motivi di sicurezza.
     Come se non bastasse, i continui cicli di scarica forte riducono la vita media delle batterie, ovvero le fanno invecchiare più velocemente. Per avere un’idea di quanto l’eccessiva scarica influisca sulla vita di una batteria, ecco un grafico comparativo in cui si mostra il numero di cicli di una batteria in funzione del tasso di scarica che le viene abitualmente applicato (valori stimati).

I dati del grafico sono tratti dal sito batteryuniversity.com, in un articolo presente a questo link.
     Infine le batterie al litio hanno un’autoscarica spontanea, ovvero si scaricano da sole anche se non usate: si tratta di un fenomeno molto blando, quasi inesistente, ma che tuttavia esiste e se il tempo di riposo è prolungato e la carica è già bassa, esse possono autoscaricarsi ancora di più sotto la soglia di sicurezza. Il risultato potrebbe essere una batteria che non carica bene o che addirittura non si ricarica più, quindi una batteria da buttare. Perciò una batteria non va mai conservata troppo o totalmente carica.

2. Mai conservare una batteria completamente carica
In modo analogo conservare una batteria molto carica la fa invecchiare più velocemente. Caricare troppo una batteria significa darle un voltaggio alto e questo riduce i cicli di vita che una batteria può fare nella sua esistenza: in particolare, lasciare una batteria carica per troppo tempo fa sì che quando la riutilizzeremo essa fornirà una parte più esigua del suo vero “potere”.
In questo grafico si nota come la ricarica eccessiva porti a una drastica diminuzione del numero di cicli disponibili per la vita della batteria (i valori sono stimati).

I dati del grafico sono tratti dal sito batteryuniversity.com, in un articolo presente a questo link.
     Come si vede dal grafico, ricaricare completamente la batteria la fa invecchiare molto prima: da notare poi il ripidissimo calo di durata per valori sotto i 3.90 volt: questo accade quando la batteria viene abitualmente scaricata al di sotto del 15%.

3. Conservare con una carica tra il 40% e il 50%
     Il valore ideale con cui le batterie dovrebbero essere messe da parte è tra il 40% e il 50%, mediamente il 45%: questa è la condizione migliore in cui può trovarsi una batteria al litio prima di restare inutilizzata per un certo tempo. Perciò, se state riponendo nel cassetto uno smartphone che non contate di utilizzare per un po’ o una batteria di riserva che vorreste usare solo nel raro caso in cui serva, scaricatela prima fino al 15-20%, poi caricatela fino al 45% e solo allora mettetela da parte.

4. Conservare a temperature fresche (ma non nel congelatore!)
     Un falso mito è quello secondo cui le batterie messe in congelatore migliorino le loro prestazioni. Il congelatore ha una temperatura sotto zero e in quel caso la ricarica non è nemmeno possibile, perciò niente congelatore! La temperatura migliore è quella vicina, o di poco superiore, a 0° C, quindi quella del frigo, ad esempio.
     Il troppo caldo, invece, fa degradare più velocemente le batterie: le alte temperature sono i nemici numeri uno delle batterie al litio, perciò non bisogna mai conservarle in luoghi caldi, illuminati o vicino a fonti di calore. 40° C sono da considerarsi mediamente un valore da evitare.
     Sono da evitare quindi le temperature troppo alte e quelle troppo basse. Come sempre, la virtù sta nel mezzo e se vogliamo mettere da parte una batteria non più usata i luoghi migliori dove riporla sono:
  • in frigo (in una bustina chiusa, per proteggerla da eventuali sostanze chimiche volatili del cibo);
  • in un cassetto/armadio, lontano dall’esposizione del sole, meglio ancora nella confezione dello smartphone e lontano dalla polvere.

     In generale più la temperatura di conservazione si avvicina allo 0° C, meglio è.

     Il grafico seguente mostra la capacità di fornire energia di una batteria al litio messa da parte al 40% della carica per un anno a diverse temperature:

I dati del grafico sono tratti dal sito batteryuniversity.com, in un articolo presente a questo link.
     Come si vede, più alta è la temperatura di conservazione, minore sarà la capacità della batteria di fornire carica una volta riutilizzata.

5. Voglio riutilizzare una batteria messa da parte da molto tempo: come devo fare?
     Se dopo alcuni mesi, o anni, si vuole riprendere una batteria conservata, ecco come fare.
  • Se la si è conservata in frigo occorre lasciarla fuori dal frigo a temperatura ambiente per almeno 24 ore per farle assumere la temperatura del dispositivo in cui sarà inserita (sempre evitando l’esposizione diretta al sole o ad altre fonti intense di calore), per poi caricarla completamente al fine di calibrarla e infine usarla.
  • Se la si è conservata in un cassetto o simili, basta inserirla nel dispositivo facendola prima ricaricare al massimo (per calibrarla) e poi usandola normalmente.

     Poiché stiamo parlando di batterie al litio, poi, che sono batterie che si usurano da sole col semplice passare del tempo indipendentemente dall’uso, è bene sapere che, nel caso in cui si voglia comprare una seconda batteria di riserva, le batterie di vecchia produzione sono già usurate, perciò è inutile comprare una batteria di riserva da subito: meglio comprarla nel momento in cui serve, assicurandosi che la sua data di produzione (indicata sulla confezione o sulla batteria stessa) sia più recente possibile.


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martedì 21 marzo 2017

Caricare lo smartphone mentre si dorme fa bene o fa male? Ecco la verità

Premessa importante
     Questo articolo non è fatto delle solite dicerie non verificate o leggende metropolitane sulle batterie degli smartphone. Al contrario, esso è stato redatto dietro attenta documentazione, usando sia le mie conoscenze personali di fisica e chimica, sia consultando batteryuniversity.com, un sito creato da Isidor Buchmann, fondatore della Cadex Electronics Inc., azienda che dagli anni ’80 si occupa di test e analisi delle batterie di tutti i tipi.
     Ringrazio in particolare John Bradshaw, della Cadex, per avermi personalmente fornito importanti informazioni a conferma della mia documentazione pregressa.

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     Moltissimi utenti lasciano in carica il proprio smartphone durante la notte per riaverlo carico al 100% la mattina seguente: è un’abitudine assunta spesso in buona fede, derivante più che altro da pigrizia o mancanza di tempo. Ma tenere in carica lo smartphone durante la notte fa bene oppure no alla batteria? Tra gli amici o anche sul web c’è chi consiglia di non farlo, chi invece se ne infischia e va a dormire col telefono in carica. Chi ha ragione?
     Ebbene, la disinformazione al riguardo è davvero forte e sarete stupiti di sapere che la risposta dipende dal motivo per cui fate la domanda. E in questo articolo intendo appunto rispondere nel modo più completo possibile a questo enigmatico quesito.

Prima risposta
La ricarica di notte “in sé” non danneggia la batteria
     L’utente deve imparare questa semplice regola: maggiore è la ricarica, maggiore è il voltaggio delle celle della batteria. Il voltaggio è la differenza di potenziale (o, come molti dicono, la tensione elettrica): questa differenza di potenziale è ciò che permette alle reazioni chimiche di avvenire nella batteria, per farla caricare e scaricare.
     Ora, le batterie degli smartphone sono batterie al litio (il litio è un metallo che si “muove” nella batteria durante la ricarica e la scarica) e hanno bisogno di rimanere sempre entro un certo intervallo di valori di voltaggio. Le batterie al litio, cioè, sopportano voltaggi che non possono superare certi valori. Se il voltaggio aumentasse oltre il valore di sicurezza accadrebbero una serie di spiacevoli effetti collaterali, come la compromissione delle normali reazioni chimiche all’interno della batteria, sviluppo di gas, aumento di temperatura e pressione interne con conseguente danneggiamento della batteria stessa che potrebbe anche incendiarsi o addirittura esplodere.
     Quindi, in teoria, una batteria troppo caricata si danneggerebbe. Tuttavia, per far sì che le batterie non superino questo valore di voltaggio di sicurezza, i produttori di smartphone hanno installato nei dispositivi dei meccanismi di sicurezza che bloccano la ricarica dopo il 100%, impedendo la crescita del voltaggio oltre il valore “critico” anche quando lo smartphone è ancora in carica: si chiamano batterie “intelligenti”.
     Ecco cosa avviene nei nostri smartphone: dal momento in cui la ricarica viene portata al 100% il voltaggio raggiunge un valore massimo consentito (4.20 volt per ogni cella), un apposito sensore lo “nota” e fa immediatamente chiudere il circuito che alimenta la batteria, bloccando ogni altro flusso di corrente, nonostante il caricabatterie sia ancora inserito. Il risultato è che il caricabatterie non comunica più con la batteria, la quale non riceve più corrente e non vede aumentare il voltaggio delle celle oltre il limite consentito. Ecco perché la batteria non si rompe.
     Perciò se la domanda “Fa male far caricare lo smartphone mentre dormo?” è fatta per pura curiosità, la risposta è “No, il processo in sé non danneggia la batteria, perché appositi meccanismi di sicurezza bloccano la corrente alla batteria dopo il 100%”
     Il motivo per cui molti sostengono il contrario sta nel fatto che essi sono abituati alla condotta da tenere con le batterie di vecchia generazione, in particolare le batterie basate sul nichel, che non godevano di sensori di monitoraggio e potevano quindi aumentare il loro voltaggio in modo incontrollato. Tuttavia gli smartphone e i tablet attuali possiedono questa tecnologia di prevenzione. Piuttosto le batterie al litio ricevono un danno se durante la ricarica lo smartphone si surriscalda troppo, ad esempio quando ci addormentiamo con lo smartphone in ricarica mentre è in esecuzione un film in streaming o un gioco pesante, attività che sviluppano calore a causa del processore in funzione o anche quando ci addormentiamo con lo smartphone in carica intrappolato sotto al cuscino.


Seconda risposta
La ricarica di notte è comunque non consigliabile
     Tuttavia, io consiglio lo stesso di non lasciare il dispositivo in carica mentre si dorme, perché se ogni notte si lascia il telefono in carica per trovarlo carico al 100% la mattina seguente, allora significa che la batteria al litio compie ogni giorno un ciclo di ricarica completo. Ora, una delle caratteristiche delle batterie al litio è proprio di invecchiare più velocemente nel tempo se compie continui cicli di ricarica e/o scarica completi. Detto in altri termini, portare la batteria sempre al 100% le accorcia la vita: essa quindi sarà in grado di fornire energia sempre peggio nel tempo e dopo pochi mesi avrà prestazioni deludenti.
     Meglio far vivere le batterie al litio con cicli parziali, cioè senza caricarle/scaricarle completamente: perciò, se si ha la possibilità di farlo, è molto meglio far caricare la batteria prima di andare a letto (si può cominciare da qualunque punto di ricarica, non si deve scaricarla prima tutta) fino al valore “saggio” dell’80% (o poco più, a seconda delle esigenze) e poi tenere lo smartphone spento durante la notte (o al massimo acceso in modalità aereo, se lo si usa come sveglia e questo non è in grado di accendersi da solo all’orario impostato), così il consumo durante la notte è ridotto al minimo, per poi usarlo dal mattino seguente attivando tutte le connessioni che servono.
     Ecco quindi la seconda risposta all’annoso quesito. Se la domanda significava “Tenere lo smartphone in carica mentre dormo è una buona abitudine?”, la risposta è “Non è consigliabile farlo tutti i giorni, perché con continue ricariche complete la batteria, pur non rompendosi, invecchia più velocemente: meglio fare cicli ricarica-scarica parziali”.

     Le ricariche complete andrebbero fatte solo per calibrare periodicamente la batteria, come spiego in questo articolo sulla calibrazione.

     È bene ricordare che tutte le batterie al litio invecchiano nel tempo, anche se non vengono usate, quindi arriverà di certo il momento in cui dovranno essere sostituite. Tuttavia l’uso saggio dell’utente può rallentare questo processo se appositi accorgimenti vengono seguiti. Una batteria tenuta bene dura di più, ci evita il fastidio di comprare uno smartphone nuovo o di pagare costose riparazioni e produce meno rifiuti per lambiente.



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domenica 19 marzo 2017

Batteria smartphone nuova: si può usare da subito? Il falso mito dell’inizializzazione

Premessa importante
     Ho scritto questo articolo associando alle mie conoscenze pregresse quanto riportato su batteryuniversity.com, un autorevole sito sulle batterie creato da Isidor Buchmann, autore della Cadex Electronics Inc., azienda che dagli anni ’80 si occupa di test e analisi delle batterie di tutti i tipi.
     Ringrazio quindi il sito e in particolare John Bradshaw, che, rispondendo alla mia richiesta, mi ha fornito dati utili a conferma della correttezza delle informazioni in mio possesso per questo articolo e per tutti gli altri relative alle batterie al litio.

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     Qual è la prima cosa che facciamo quando compriamo un nuovo smartphone o un nuovo computer portatile o anche un nuovo tablet? Ovvio: lo accendiamo subito e vediamo com’è.
     Una reazione comprensibile, soprattutto se spesso l’acquisto è stato preceduto da giorni di trepidante attesa o da settimane di strenue ricerche per scegliere il modello più adatto alle nostre esigenze.

     Tuttavia spesso sui manuali della casa costruttrice si legge di caricare il dispositivo al massimo prima di iniziare a usarlo. Ad esempio, sul manuale del mio vecchio Samsung Galaxy S II c’era questa avvertenza.


     Questo semplice avviso, che da solo basta per le batterie al litio, viene spesso trasformato da molti siti in quella falsa leggenda metropolitana che è l’inizializzazione, ovvero quel processo che consiste in un certo numero di cicli di ricarica e scarica da far fare alla batteria nuova prima di poterla usare “normalmente”. Secondo tali fonti la batteria al litio dello smartphone nuovo non sarebbe pronta per funzionare appena tolta dalla scatola e l’utente dovrebbe quindi prepararla, facendole fare una sorta di rodaggio elettrochimico.

     In realtà, sebbene l’inizializzazione sia un processo necessario per certe categorie di batterie, nel caso delle batterie al litio (quelle in uso per lo smartphone, per il tablet o anche per il computer portatile), ciò è totalmente inutile.

     In particolare sono falsi tutti i consigli che prescrivono di:
  • tenere in carica il telefono per 10, 12 o 18 ore;
  • tenere in carica il telefono per due ore più del normale;
  • caricare e scaricare totalmente la batterie, anche per più cicli iniziali;
  • spegnere il telefono e riaccenderlo secondo strane sequenze...

     Come si può leggere su batteryuniversity.com, alla pagina dedicata all’inizializzazione delle batterie, le batterie al litio sono un sistema “pulito” e sono già pronte per essere usate appena tolte dalla scatola. Il consiglio di dar loro una sola ricarica totale prima dell’uso iniziale si giustifica col fatto che non si sa per quanto tempo le batterie siano rimaste “ferme” e quindi potrebbe essere utile calibrarle (ma la calibrazione è un processo diverso dall’inizializzazione, come spiego in questo articolo).
     Perciò ecco cosa fare davvero con uno smartphone nuovo: appena tolto dalla scatola, senza accenderlo o comunque senza usarlo, caricate la batteria al massimo, dopodiché... usatelo. Stop. Se non lo avete fatto, tranquilli: la prima carica serve solo per calibrare la batteria (cioè correggere la precisione di lettura della sua carica), ma la calibrazione si può fare in qualunque momento e comunque non è nemmeno obbligatorio la prima volta, specie se la batteria non ha trascorso molto tempo “ferma” prima di essere tolta dallo scatolo.
     A parte questa procedura, non servono particolari rituali preparatori per iniziare ad usare il nostro smartphone nuovo. Diffidate quindi da ogni articolo che parli di inizializzare la batteria nuova del vostro smartphone.



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