Οι μπαταρίες είναι συσκευές που αποθηκεύουν ενέργεια και την αποδίδουν ξανά πίσω όταν το ζητήσουμε.
Στόχος κάθε κατασκευαστή είναι να μας προσφέρει μπαταρίες με μεγάλη χωρητικότητα ικανές να σηκώσουν το φορτίο που συνδέουμε.
Για να ελέγξουμε τη χωρητικότητα και δύναμη των μπαταριών χρησιμοποιούμε συνήθως 3 τύπους φορτίου.
1. Φορτίο σταθερής έντασης (αμπέρ)
2. Φορτίο σταθερής αντίστασης (ohm)
3. Φορτίο σταθερής ισχύος (watt)
Φορτίο σταθερής έντασης
Είναι ο πιο διαδεδομένος τύπος φορτίου. Αποφορτίζουμε τη μπαταρία με σταθερό ρεύμα (αμπέρ) και μετράμε τη χωρητικότητα της σε Ah ή mAh. Αν για παράδειγμα μια μπαταρία γράφει χωρητικότητα 3.000 mAh, σημαίνει ότι θα κρατήσει 3 ώρες αν την αποφορτίσουμε με σταθερό φορτίο 1Α (ή 1.000mA). Αν αυξήσουμε το φορτίο στα 2Α τότε η διάρκεια θα μειωθεί σε 1.5 ώρα. Εξαιρετικά απλό.
Εξαιρετικά απλή θα ήταν και η ζωή μας αν χρησιμοποιούσαμε στην καθημερινότητα φορτία που τραβούν σταθερά αμπέρ από τη μπαταρία μας αλλά δυστυχώς δεν είναι έτσι.
Τυπικό παράδειγμα ενός τέτοιου φορτίου είναι οι γραμμικοί ρυθμιστές τάσης. Δεν θα μπω σε λεπτομέρειες γιατί στα ηλεκτρονικά τσιγάρα δεν χρησιμοποιούνται.
Ένα ακόμη πρόβλημα με τη μέτρηση σε mAh είναι ότι δεν λαμβάνεται υπόψη η τάση (volt) της μπαταρίας. Ο πραγματικά σωστός τρόπος μέτρησης της αποθηκευμένης ενέργειας στη μπαταρία είναι οι βατώρες (Wh ή mWh). Βέβαια μπορούμε να μετατρέψουμε τα Ah σε Wh με τον παρακάτω τύπο:
Watt = Volt * Amps επομένως Wh = Volt * Ah
Ας πάρουμε για παράδειγμα μια αλκαλική μπαταρία ΑΑ 2500mAh. Αυτή θα έπρεπε να έχει ίδια χωρητικότητα με μια ιόντων λιθίου Samsung 25R 2500mAh αλλά δεν είναι έτσι φυσικά αλλιώς θα χρησιμοποιούσαμε όλοι Duracell στα μοντάκια μας.
Η αλκαλική μπαταρία έχει ονομαστική τάση 1.2V ενώ η λιθίου 3.7V. Επομένως σύμφωνα με τον παραπάνω τύπο θα έχουμε
Αλκαλική μπαταρία: 1.2V * 2500mAh = 3.000 mWh ή 3 Wh
Μπαταρία λιθίου: 3.7V * 2500mAh = 9.250 mWh ή 9.25 Wh
Η μπαταρία λιθίου έχει λοιπόν 3 φορές παραπάνω αποθηκευμένη ενέργεια.
Δυστυχώς ο τρόπος υπολογισμού Wh από Ah είναι προσεγγιστικός και γίνεται με βάση την ονομαστική τάση της μπαταρίας. Η ονομαστική τάση είναι ο μέσος όρος μεταξύ πλήρως φορτισμένης και εντελώς άδειας μπαταρίας. Λόγω της εσωτερικής αντίστασης της μπαταρίας αυτή η ονομαστική τάση πέφτει πολύ όταν αυξάνουμε τα αμπέρ του φορτίου. Οι κατασκευαστές δίνουν την ονομαστική τάση για πολύ χαμηλά φορτία (<= 1Α). Θα πρέπει να γνωρίζουμε την ονομαστική τάση για το συγκεκριμένο ρεύμα που τραβάμε ώστε να μετατρέψουμε σωστά σε Wh αλλά και πάλι ο υπολογισμός μας θα είναι προσεγγιστικός.
Φορτίο σταθερής αντίστασης
Το πιο συνηθισμένο φορτίο στην καθημερινότητα αλλά δυστυχώς το πιο σπάνιο στις μετρήσεις των κατασκευαστών. Γιατί άραγε;
Ο τρόπος μέτρησης απλός. Συνδέουμε μια σταθερή αντίσταση στη μπαταρία μας και μετράμε πόσο χρόνο θα κρατήσει. Μια λάμπα ας πούμε.
Αυτός ο τρόπος μέτρησης είναι ιδανικός για τα μηχανικά mod. Πατώντας το κουμπί συνδέουμε την αντίσταση του ατμοποιητή απ’ ευθείας επάνω στη μπαταρία.
Υπόσχομαι ότι στο μέλλον θα κάνω αντίστοιχες μετρήσεις σταθερής αντίστασης.
Φορτίο σταθερής ισχύος
Τυπικός εκπρόσωπος τέτοιου φορτίου είναι ένας μετατροπέας DC-DC. O μετατροπέας τραβάει ενέργεια από μια πηγή στην είσοδο και τη μετατρέπει σε βολικότερη μορφή στην έξοδο. Μπορεί ας πούμε να έχει 3 volt στην είσοδο και να τα μετατρέψει σε 6 volt στην έξοδο. Ή το αντίστροφο. Σας θυμίζει κάτι; Ναι, ένα ηλεκτρονικό mod.
Τα ηλεκτρονικά mod μετατρέπουν την τάση της μπαταρίας στην απαιτούμενη τάση για να πετύχουν την ισχύ που έχουμε ορίσει.
Αν για παράδειγμα έχουμε στον ατμοποιητή αντίσταση 1Ω και ρυθμίσαμε το mod στα 25W τότε θα πρέπει να μας δώσει 5V στην έξοδο. Αν η μπαταρία έχει 3.7V τότε θα πρέπει να ανεβάσει αυτή την τάση στα 5V για να ικανοποιήσει τις απαιτήσεις μας. Κατά τη μετατροπή αυτή υπάρχουν απώλειες. Για να αποδώσει 25 watt το mod θα πρέπει να τραβήξει παραπάνω watt από τη μπαταρία. Αυτές τις απώλειες τις χαρακτηρίζουμε σαν αποδοτικότητα (efficiency) της πλακέτας.
Ας πάρουμε για παράδειγμα μια πλακέτα Evolv DNA75. Η Evolv δίνει αποδοτικότητα 86%. Όταν ατμίζουμε στα 25W σημαίνει ότι τραβάμε από τη μπαταρία 25 / 0.86 = 29W. Για να βρούμε λοιπόν πόση αυτονομία θα μας δώσει η μπαταρία πρέπει να δούμε τα διαγράμματα αποφόρτισης σταθερής ισχύος στα 30W
Μετρήσεις σταθερής ισχύος
Αρκετά με τη θεωρία, καιρός για τις μετρήσεις.
Δεν έχει σημασία λοιπόν πως θα αποφορτίσουμε τη μπαταρία. Η αποδιδόμενη ενέργεια θα είναι η ίδια. Η θερμοκρασία όμως κυμαίνεται σε πολύ χαμηλότερα επίπεδα όπως βλέπουμε και άρα μπορούμε να ατμίσουμε σε πολύ μεγαλύτερη ισχύ χωρίς κίνδυνο να καταστρέψουμε τη μπαταρία παρόλο που βγαίνουμε εκτός προδιαγραφών του κατασκευαστή.
Για λόγους ταχύτητας λοιπόν οι μπαταρίες αποφορτίστηκαν με συνεχή ρυθμό όσο δεν υπερέβαιναν τη μέγιστη θερμοκρασία λειτουργίας που προτείνει ο κατασκευαστής. Στη συνέχεια αποφορτίστηκαν παλμικά τραβώντας ισχύ για 5 sec και αφήνοντας τη μπαταρία να ηρεμήσει για 30 sec. Κάτι που προσομοιάζει τον τρόπο ατμίσματος. Τάση αποκοπής ορίστηκαν τα 2.8V μιας και οι περισσότερες σύγχρονες πλακέτες κόβουν κάπου εκεί υπό φορτίο πριν μας βγάλουν battery lock.
Όλα αυτά που γράφω τώρα δεν αναιρούν σε καμία περίπτωση αυτά που λέει ο κατασκευαστής. Ξαφνικά δεν έγινε μπαταρία των 30 αμπέρ η Samsung 30Q. Ισχύουν οι προδιαγραφές που δίνει ο κατασκευαστής. Η Samsung 30Q είναι μπαταρία των 15Α αλλά για συνεχή αποφόρτιση στα 2.5V. Όμως με τη συγκεκριμένη παλμική αποφόρτιση που προσομοιάζει το άτμισμα και κόφτη στα 2.8V οι μπαταρίες μπορούν να υπερβούν άνετα τις προδιαγραφές των κατασκευαστών.
Θα πρέπει όμως να λάβουμε υπόψη ότι σε περίπτωση δυσλειτουργίας του mod (πχ autofire) θα έχουμε σοβαρά προβλήματα αν έχουμε ρυθμισμένο το mod στα 50W και μέσα μια Panasonic 18650B. Κι αυτό γιατί τότε θα έχουμε συνεχόμενη αποφόρτιση που ξεπερνάει τα 17Α ενώ η Panasonic μπορεί να δώσει έως 6.5Α. Σε κανονικές όμως συνθήκες ατμίσματος μπορεί να μας δώσει παλμικά αυτά τα 17Α χωρίς πρόβλημα.
Κάθε μπαταρία αποφορτίστηκε 10 φορές κατά τη διάρκεια των δοκιμών και μετά μετρήθηκε ξανά με συνεχή αποφόρτιση σταθερής ισχύος 15W. Η διαφορά που προέκυψε σε σχέση με την αρχική μέτρηση 15W αναφέρεται σε κάθε μπαταρία σαν απώλεια χωρητικότητας. Αυτό μπορεί να μη σημαίνει τίποτε ή να σημαίνει πολλά. Μπορεί μια μπαταρία να χάνει μεγάλο ποσό της χωρητικότητας της αρχικά αλλά στη συνέχει να διατηρεί μια σταθερή χωρητικότητα για πολλούς κύκλους αποφορτίσεων. Ή να χάνει αναλογικά τη χωρητικότητα της οπότε απώλεια 3% σημαίνει ότι σε 100 κύκλους φόρτισης θα χάσει το 30% της χωρητικότητας. Δεν ξέρω τι ισχύει, αναφέρω όμως το ποσοστό απώλειας.
Όλες οι μετρήσεις έγιναν με το ηλεκτρονικό φορτίο του βίντεο
Αν αναρωτιέστε γιατί μετρήθηκαν οι μπαταρίες έως τα 84W είναι γιατί το ηλεκτρονικό φορτίο είναι 30Α. Επομένως 2.8V * 30A = 84W.
Ιδού λοιπόν σε παγκόσμια πρώτη οι μετρήσεις αποφόρτισης σταθερής ισχύος.
LG 18650 HE4
