Qualità dei pacchi batteria ed ausiliari
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Intervista al Prof. Dario Mancini, ordinario dell'Istituto Nazionale di Astrofisica, esperto di sistemi complessi e di energia.
Professore lei è un astronomo ordinario dell'Istituto Nazionale di Astrofisica. Come mai può intervenire in questo contesto?
"Sono ingegnere ed astronomo e da bambino faccio ricerca 360 gradii. Sono abituato a entrare in sintonia con i sistemi più complessi e soprattutto a comprenderli ed ottimizzarli in tutte le loro sfaccettature. Il reverse engineering dei fenomeni ti fa capire il perché le cose vanno in un certo modo oppure l'inverso. Dalle desiderata si estrapola il tutto. I sistemi non vanno mai divisi nelle loro componenti altrimenti l'ottimizzazione globale non può avvenire oppure avviene non nel modo migliore. E' un po' come nel caso del nostro organismo. Gli organi non sbvolgono solo singole funzioni ma sono in relazione tra loro in mille modi. Questo mi ha consentito di progettare e realizzare molti sistemi complessi nella loro interezza, telescopi, strumenti a livello internazionale. Questo vale nella robotica quando nelle tecnologie astronomiche, nello studio dell'universo e nella mobilità sostenibile. Faccio un esempio. Una bici elettrica può lavorare con un PAS tradizionale o un sensore di coppia utilizzati come semplici trasduttori. Ma se invece analizziamo i segnali di questi ausiliari e li rapportiamo con le condizioni del percorso e con le necessità possiamo ottimizzare lo sforzo dell'utente ottimizzando di conseguenza le prestazioni e minimizzando i consumi. Si rende in pratica il sistema intelligente. Insomma si ottimizza il sistema uomo/macchina da ogni punti di vista e lo si fa vivere nel modo giusto”.
Professore, può parlarci delle problematiche legate a celle e batterie per la mobilità sostenibile?
"La materia è piuttosto complessa soprattutto se deve essere spiegata a chi poi deve solo utilizzare il prodotto e non vuole entrare nell'argomento, e che poi si trova nei guai. Comunque cercherò di rendere le cose semplici. Si parla poco degli aspetti tecnici limitando il tutto a pochi parametri non sempe significativi. Chi in realtà utilizza mezzi per la mobilità desidera ottenere prestazioni costanti e soprattutto dimenticare ogni difficoltà legata al traffico, alle assicurtazioni, bolli, caschi ecc. La mobilità sostenibile infatti è un modo per evadere e non deve creare problemi, come ad esempio quelli causati da batterie che terminano il ciclo di vita dopo pochi cicli di ricarica quando invece vengono dichiarati 800 e magari 1000 cicli. In pratica ho esaminato molti prodotti e soprattutto la qualità e la competenza dei rivenditori. Devo dire che la competenza manca quasi completamente, magari due chiacchiere ma poi quando si va sui fatti crolla tutto. Tra l'altro è ancora molto carente il sistema di assistenza da parte dei rivenditori, che in caso di deficienza del prodotto non sanno dove mettere le mani e magari non dispongono di un banale schema dei collegamenti. Questo perché i prodotti, le e-bike in pratica, vengono acquistate in blocco senza un minimo di verifica sulla qualità dei componenti stessi e pensando solo al business. Se consideriamo per esempio gli hub motor, quelli montati su ruota, sono realizzati in modo spesso assurdo con ingranaggi in nylon o prodotti similari, che dopo un po' di km si sfibrano, si consumano, deteriorando le prestazioni per poi cedere. Le batterie ed i relativi caricatori sono poi di scarsissima qualità. Se si vendono bici intorno a 800-900Euro complete non si può sperare in un prodotto di qualità. Facciamo i conti. Un batteria 36V 10Ah (il minimo accettabile) realizzata con celle al litio 18650 e BMS di buona qualità e completa di involucro non può costare al pubblico meno di 400 Euro. Parlo di buona qualità e non di elevata o estrema qualità perché altrimenti il costo potrebbe anche raddoppiare. Un motore completo di centralina (minimale), leve, freni, pas ecc ben cablata e di qualità, non può costare al rivenditore meno di 350Euro. La bici non meno di 300-350 (per un prodotto medio con forcelle ammortizzate, tipo bici media da Decathlon in grado si supportare un kit). Siamo a 1100Euro. Una bici di media qualità senza pretese costerebbe al pubblico circa 1100-1200Euro. Le troviamo con queste caratteristiche a 800-900Euro. Questa cifra include almeno il 30-35% di ricarico del rivenditore che quindi importa la bici a circa 630Euro incluso sdoganamento, IVA, spedizione ecc ecc. Il costo originale è di circa 350USD per pezzo. Cosa si può pretendere dopo? Batterie gonfiate e con prestazioni scarse già dopo una ventina di ricariche, motore rumoroso e fiacco, ossidazione precoce del tutto ecc. ecc. ecc. Per tornare agli motori hub, io preferisco quelli gearless. Sbagliano coloro che parlano di cattiva ottimizzazione e che vanno bene solo in alcune condizioni, tipo torque o velocità. Chi dice questo significa che non ha capito come funziona un sistema integrato e gestito in modo ottimale, discorso rendimento a parte”.
E per quanto riguarda il ricellaggio o ricondizionamento delle batterie?
"Guardi ho analizzato molti siti e valutato molti prodotti. Conoscendo il dettaglio di tutte le celle di tutte le ditte che le realizzano all'estero, anche in questo settore viene fatta molta confusione. Le persone inseguono il costo minimo senza capire che si riceve ciò che si paga. Proprio in questi giorni ho avuto una discussione con un amico che mi presentava una società di ricellaggio e/o ricondizionamento dei pacchi esausti o che stanno per esaurirsi. Ci sono tecniche particolari per cui ogni tipo di batteria dal NiCd, Litio, LiFePo4, Pb ecc può essere "rivitalizzata". Questa tecnica è utilizzata spesso per ricondizionare i pacchi e funziona per breve tempo. Quando i costi sono troppo bassi oppure viene effettuato questo trattamento oppure vengono usate celle di scarsa qualità c'è da aspettarsi di tutto. Le celle al litio cilindriche che vanno per la maggiore sono le 18650. Il loro prezzo varia da meno di 1USD a 5-6USD. Una cella che costa meno o intorno ad 1USD non ha di solito alcuna marca incisa ma si tratta di produzioni parallele di milioni di pezzi di cui viene controllato se va bene un campione ogni 10000, ma ci si affida per lo più alla costanza dei parametri di produzione. Possono anche gestire correnti elevate. Per esempio La corrente standard di scarica di 0.5C e di scarica continua 3C o addirittura 10C al costo variabile tra 1.10 e 1.8USD. E' facile dire che si tratta di celle di prima qualità. Chi le controlla? Ma una Samsung, una Panasonic, una LG, una Sony di qualità costa anche più di 6USD, all'estero. Per questo i pacchi realizzati in modo professionale costano mentre quelli acquistati da aziende che professano la qualità al miglior rapporto qualità/prezzo costano poco e spesso troppo poco. E' poi l'utente ne paga le conseguenze."
C'è un metodo per capire quale sia la qualità del nostro pacco batteria?
"Prendiamo ad esempio un pacco batteria realizzato con celle al litio, per esempio le 18560, ma potrebbe essere qualunque altro tipo di cella. Per raggiungere le capacità desiderate le celle vengono connesse tra loro in serie/parallelo. Ciò significa che vengono realizzate con serie di celle collegate tra loro in parallelo. Se le celle sono selezionate adeguatamente il parallelo tra le celle gioca poco in termini di autoscarica, in quanto le celle sono molto simili tra loro e anche la loro resistenza interna e la tensione a vuoto sono comparabili, nel migliore dei casi, nell'ordine delle frazioni di millivolt. Quando invece le celle non sono selezionate, ma non basta misurare la tensione perché serve anche altro, allora mettendole in parallelo la corrente di autoscarica aumenta ed il pacco accelera la fase di autoscarica. In pratica le celle si scaricano l'una sull'altra accelerando la fase di autoscarica. Se non usiamo la batteria per esempio per una settimana e la mettiamo in carica, se la batteria si ricarica in pochi secondi allora potremmo affermare che le celle sono effettivamente ben selezionate. Se invece, come spesso capita, la batteria inutilizzata per una settimana resta in carica già per alcuni minuti e spesso anche per mezz'ora, allora vuol dire che c'e' qualche problema o più propriamente che le celle non sono di buona qualità e che quindi non sono nemmeno state selezionate con cura. Ma questo è solo un metodo rapido per approcciare al problema, si usa per controllare rapidamente e indirettamente la qualità intrinseca del sistema. Sempre meglio comunque effettuare un test di scarica controllato, come ad esempio con il tester che viene prodotto dalla ATEC Robotics e distribuito da Latuabici.it. Con il tester si conoscono anche le resistenze delle celle e soprattutto la capacità effettiva della batteria nonché quanto si perde in effetto Joule il che dipende dalla qualità ed accuratezza delle connessioni e dalla qualità del BMS. Le differenze ra le celle giocano un ruolo anche per le serie, soprattutto se abbiamo poche celle in parallelo".
Per quanto riguarda il resto della manifattura, BMS, cavi ecc?
"Questo è un altro aspetto fondamentale. Il BMS è un dispositivo di sicurezza che deve intervenire quando le celle escono dai loro confini in termini di tensioni minime e massime accettabili o per eccessiva corrente di scarica ecc. Il BMS interviene per salvare le celle. Meno interviene e meglio è. Per questo anche il caricabatterie deve essere di ottima qualità ed intelligente in quanto deve regolare la carica in modo da rispettare i valori di funzionamento della batteria senza che il BMS intervenga per il Charge Cutoff. Ma se qualcosa va storto il BMS interviene anche in fase di carica. Lo stesso vale per la centralina che deve intervenire per le tensioni minime. Ma se la centralina non funziona bene allora interviene il BMS. Ma se centralina e BMS sono di scarsa qualità o montati male allora potrebbero non intervenire entrambi. Lo stesso in fase di carica. Se il charger non è di buona qualità la probabilità che si guasti e continui ad iniettare corrente nelle celle è elevata. Se poi contemporaneamente il BMS non fa il suo dovere, ecco che le celle si danneggiano irreparabilmente. Ancora ho potuto appurare qualcosa che mi ha fatto preoccupare e mi ha confermato la scarsa qualità del mercato. Alcuni fornitori esteri montano un numero inferiore di celle rispetto a quante sarebbero effettivamente necessarie, portando in overcharge la celle stesse. Per un po' la cella resiste ma poi cede perché lavora al di fuori del range ottimale. Il caso di un professionista di Napoli la cui batteria ha ceduto solo dopo 40 ricariche (dichiarate 800 dal venditore). Così i cablaggi, se realizzati da inesperti, possono determinare addirittura l'incendio e comunque sicuramente danni a tutto il sistema. Cavi montati male e sempre di sezione inadeguata sono pericolosi e determinano perdite in effetto Joule che deprezzano le prestazioni del tutto dando anche informazioni errate al sistema di segnalazione, che su bici di scarso valore indica la tensione della batteria, il che è profondamente errato. Attenzione anche alla qualità del BMS. Un BMS che scalda parecchio non è di buona qualità. E' sempre costretto in spazi ridottissimi e senza ventilazione. Se non è realizzato con Mosfet dedicati allo switching con resistenza diretta ridottissima allora non sono di qualità perché scaldano e determinano oltre al pericolo di rottura anche il riscaldamento localizzato delle celle oltre al fatto che le celle non vengono protette. Ancora i cavi di sezione inadeguata o la scarsa conoscenza del gruppo motore e drive a cui la batteria è destinata. Incompetenza e raggiro".
Insomma questo settore se capisco non è avulso da incompetenza.
"Si purtroppo come in ogni altro settore si assiste alla diffusione di prodotti di scarsa qualità e gli utenti inesperti purtroppo ci cascano. Bisogna affidarsi a persone competenti. Per questo rispondo a questa domande su questo sito. Io sono un appassionato di bici. Ne possiedo una dozzina, tutte tenute molto bene e mi piace parlare ed aver a che fare con persone competenti. Penso che una città in bici sia fondamentale per il benessere comune. E' un settore interessante dove la capacità di operare sul sistema e l'evoluzione della componentistica contano molto e non si deve pensare esclusivamente al business perché chi danneggia l'immagine del settore, seminando componenti e batterie di pessima qualità, danneggia anche coloro che lavorano in modo professionale".
E per quanto riguarda i telescopi?
"Anche in questo campo novità in arrivo...sistemi complessi che richiedono molta competenza di sistema, intelligenza .... e poca furbizia".