Se hai mai avuto in mano un dispositivo portatile, un gadget wireless o anche un piccolo strumento medico che non necessita di essere collegato al muro, è probabile che tu abbia interagito con una batteria ai polimeri di ioni di litio (LiPo). Come fornitore che ha trascorso anni a realizzare queste fonti di energia per ogni tipo di prodotto esistente, una domanda che mi viene posta più di ogni altra è: qual è la tensione tipica di una batteria ai polimeri di ioni di litio? È una domanda giusta: la tensione è la spina dorsale del modo in cui una batteria alimenta il tuo dispositivo e il suo corretto funzionamento non è negoziabile in termini di prestazioni, sicurezza e longevità. Analizziamo il concetto, non con un gergo che vi lasci gli occhi lucidi, ma con esempi reali tratti dalle batterie che progettiamo e spediamo ogni giorno.
Innanzitutto, iniziamo con le nozioni di base che chiunque abbia mai acquistato una batteria probabilmente ha visto: l'etichetta da 3,7 V. Questa è la tensione LiPo a cella singola ed è la linea di base più comune per la maggior parte dei dispositivi di piccole e medie dimensioni. Perché? Perché questa tensione raggiunge il perfetto equilibrio tra densità energetica, sicurezza ed efficienza dei costi. Una singola cella LiPo utilizza un anodo di grafite e un catodo di ossido di litio cobalto (o simile), con un elettrolita polimerico più sicuro dell'elettrolita liquido nelle vecchie batterie agli ioni di litio. La tensione nominale di quella singola cella, ovvero ciò che fornisce durante l'uso regolare, tra la carica completa e la scarica completa, è di circa 3,7 V. Non è un numero casuale; è uno standard stabilito da decenni di ricerca sulla scienza dei materiali e funziona per qualsiasi cosa, dalle cuffie wireless ai power bank portatili.
Ad esempio, se stai costruendo una spazzola per la pulizia del viso, una singola cella da 3,7 V potrebbe non fornire un'autonomia sufficiente, quindi colleghi due celle insieme in serie per aumentare la tensione. È qui che ottieni un pacco batteria da 7,4 V, che è esattamente ciò che forniamo per dispositivi per la cura personale di questo tipo. Dai un'occhiata alla nostra batteria per spazzola per la pulizia del viso da 7,4 V per vedere come adattiamo il numero di cellule a casi d'uso specifici: questo pacchetto è un'opzione compatta e leggera progettata per adattarsi al manico sottile di una spazzola per la pulizia fornendo allo stesso tempo una potenza costante per far girare la testina e distribuire il prodotto in modo uniforme. La tensione nominale di 7,4 V qui è costituita da sole due celle da 3,7 V collegate end-to-end, che sommano le loro tensioni per fornire più potenza ai dispositivi con consumo maggiore.
Ma aspetta, 3,7 V non è l'unica tensione a cella singola e 7,4 V non è l'unica tensione del pacco. Parliamo di cosa succede quando i dispositivi diventano più grandi o più esigenti. Se hai bisogno di una batteria che sia leggera e compatta ma che abbia comunque abbastanza potenza per qualcosa come un piccolo dispositivo indossabile o un mini drone, la nostra batteria leggera da 780 mAh è un ottimo esempio: si tratta di una singola cella da 3,7 V, ottimizzata per un peso ridotto in modo da non aggiungere ingombro al tuo dispositivo. La valutazione in mAh (milliamperora) qui è il modo in cui misura la capacità, ma la tensione rimane costante a 3,7 V per quella singola cella. Indipendentemente dalla capacità, la tensione nominale per una singola cella LiPo standard è quasi sempre 3,7 V: questo è lo standard del settore perché la reazione chimica nella cella è progettata per fornire quella tensione in modo efficiente, senza surriscaldarsi o degradarsi troppo velocemente.
Passiamo ora a tensioni più elevate per i dispositivi più grandi. Se stai costruendo un dispositivo medico come un ecografo portatile, un piccolo motore per bici elettrica o uno strumento elettrico, hai bisogno di più energia di quella che una singola cella o anche due celle possono fornire. Questo è il momento in cui colleghi le celle in serie e in parallelo per creare pacchi ad alta tensione. Ad esempio, un pacco di serie da 10 celle fornirebbe una tensione nominale di circa 37 V, che corrisponde alla nostra batteria ai polimeri di litio da 37 V 3200 mAh. Questo pacco è progettato per applicazioni a consumo più elevato che necessitano di energia sostenuta per periodi più lunghi ed è costruito con lo stesso elettrolita polimerico sicuro utilizzato dalle nostre celle più piccole, con circuiti di protezione integrati per evitare il sovraccarico o lo scaricamento eccessivo. Una tensione più elevata in questo caso significa che puoi alimentare dispositivi più grandi senza aumentare troppo la corrente, il che è migliore per l'efficienza e riduce la tensione sul cablaggio del dispositivo.
È importante notare che la tensione non è l'unico numero che conta, ma è la prima cosa che devi correggere. Se acquisti una batteria con la tensione sbagliata per il tuo dispositivo, non si accenderà affatto oppure danneggerà i circuiti del dispositivo nel tempo. Ecco perché dedichiamo così tanto tempo a testare ogni batteria che forniamo, dalla nostra affidabile batteria al litio da 3,7 V per piccoli dispositivi indossabili ai nostri pacchi ad alta tensione per utensili elettrici, garantendo che la tensione di ciascuna batteria sia precisa, coerente e soddisfi le esigenze specifiche del dispositivo per cui è progettata.
Un'altra cosa da tenere a mente: la tensione di una batteria LiPo cambia mentre si carica e si scarica. Una batteria LiPo a cella singola completamente carica raggiunge il massimo a circa 4,2 V e scende a circa 3,0 V quando è completamente scarica. Ecco perché i produttori utilizzano la tensione nominale (3,7 V) come etichetta standard, poiché è la tensione media fornita dalla batteria durante il normale utilizzo. Per quanto riguarda le tensioni del pacco, un pacco da 7,4 V completamente carico sarebbe di circa 8,4 V e uno completamente scarico sarebbe di circa 6,0 V, mentre il valore nominale è ancora 7,4 V. Si tratta di informazioni importanti per chiunque progetti un dispositivo, perché il circuito di ricarica deve essere regolato sulla tensione massima del pacco per caricarlo in sicurezza, e il sistema di gestione dell'energia del dispositivo deve spegnersi prima che la batteria scenda al di sotto della soglia di 3,0 V per cella per evitare di danneggiare la batteria.
Torniamo al motivo per cui le batterie LiPo sono la scelta giusta per così tanti prodotti e come le loro tensioni standard le rendono facili da integrare. A differenza delle vecchie batterie al nichel-cadmio o al nichel-metallo idruro, le batterie LiPo non hanno effetto memoria, il che significa che puoi caricarle quando vuoi senza ridurre la loro capacità totale. Il loro elettrolita polimerico significa anche che possono essere modellati in quasi qualsiasi forma, motivo per cui sono perfetti per dispositivi sottili e curvi come orologi intelligenti o auricolari wireless. La tensione standard di 3,7 V per singola cella consente ai progettisti di dispositivi di combinare e abbinare facilmente le celle per ottenere esattamente la tensione e la capacità di cui hanno bisogno, senza dover reinventare la ruota ogni volta che costruiscono un nuovo prodotto.
Se stai cercando una batteria LiPo, che si tratti di una piccola cella da 3,7 V per un dispositivo indossabile, di una batteria da 7,4 V per un dispositivo per la cura personale o di una batteria ad alta tensione per uno strumento elettrico, è importante lavorare con un fornitore che comprenda le sfumature della tensione e il modo in cui influisce sulle prestazioni. Operiamo in questo settore da abbastanza tempo per sapere che una batteria con il voltaggio, le caratteristiche di sicurezza e la capacità corrette può determinare il successo di un prodotto o distruggerlo. Tutti i nostri prodotti sono progettati con tensioni nominali standard del settore, ma offriamo anche configurazioni personalizzate se hai bisogno di una tensione specifica per un'applicazione unica: sappiamo che non esistono due dispositivi esattamente uguali e siamo qui per aiutarti a trovare la giusta soluzione di alimentazione.
Ti chiedi cosa riserva il futuro per le tensioni delle batterie LiPo? Mentre i progettisti di dispositivi continuano a spingere per prodotti più piccoli e più potenti, stiamo assistendo alla domanda di celle a densità più elevata in grado di fornire più potenza alla stessa tensione, nonché di nuove chimiche delle celle che potrebbero regolare leggermente la tensione nominale. Ma per ora, le celle singole da 3,7 V e i loro multipli (7,4 V, 11,1 V, 14,8 V, fino a 37 V e oltre) rimangono lo standard. È dimostrato che queste tensioni sono sicure, efficienti ed economiche, motivo per cui vengono utilizzate in qualsiasi cosa, dagli smartphone agli scooter elettrici.
In fin dei conti, la tensione tipica di una batteria ai polimeri di ioni di litio dipende dalle dimensioni e dal caso d'uso del dispositivo, ma la linea di base è sempre la singola cella da 3,7 V. Se hai bisogno di più potenza, aggiungi celle in serie per aumentare la tensione e se hai bisogno di più autonomia, aggiungi celle in parallelo per aumentare la capacità. Ogni batteria che forniamo, che si tratti della nostra affidabile batteria al litio da 3,7 V, della nostra batteria per la spazzola per la pulizia del viso da 7,4 V, della nostra batteria leggera da 780 mAh o della nostra batteria ai polimeri di litio da 37 V 3200 mAh, segue questo standard, perché sappiamo che una tensione costante è fondamentale per una batteria che funzioni quando ne hai bisogno.
Se sei pronto a trovare la batteria ai polimeri di ioni di litio giusta per il tuo prossimo progetto o se hai domande su voltaggio, capacità o configurazioni personalizzate, non esitare a contattare il nostro team. Siamo qui per aiutarti in ogni fase del percorso, dalla scelta della batteria standard giusta alla progettazione di una soluzione personalizzata che si adatti esattamente alle tue esigenze. Visita la nostra pagina sulle batterie ai polimeri di ioni di litio per sfogliare la nostra gamma completa di prodotti e iniziamo una conversazione su come potenziare il tuo progetto.
Riferimenti:
- Linden, D. e Reddy, TBC (2002). Manuale delle batterie (3a ed.). Istruzione McGraw-Hill.
- Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti. (2021). Nozioni di base sulle batterie agli ioni di litio. Estratto da energia.gov
- Università della batteria. (2022). Nozioni di base sulle batterie LiPo. Estratto da batteriauniversity.com
