Un Powerbank da 100W? /1

Le nuove batterie 21700 e il nuovo standard USB Type C cambieranno la storia? Prima puntata.

Introduzione

Non so cosa dirvi, ma a me le batterie ricaricabili al litio piacciono proprio. In particolare le celle cilindriche, con formato 18650 (18 mm di diametro, 65 mm di lunghezza), come per esempio questo modello LG INR18650-HG2 3000mAh 20A, che trovate su Amazon:

Sarò stato contagiato da Elon Musk e dalla Tesla, o sarà perchè il mio primo cellulare aveva le pile al litio (ed era tra i primi ad averle), fatto sta che le trovo incredibili! Ho persino creato un canale Youtube, Low Battery, per raccontare le mie avventure con le pile al litio. Guardatevi il video del BBQ fatto usando le batterie!

Hanno cambiato la nostra vita, hanno reso possibili gli smartphone, tutti i gingilli che ci portiamo dietro ogni giorno, una nuova generazione di auto elettriche, che sono un balzo nell’iperspazio rispetto alla seconda generazione lanciata negli anni ’90, con accumulatori al piombo. Per chi non lo sapesse, la prima generazione di auto elettriche, datano 1900, prima dell’invenzione della ford model T e usavano gli accumulatori al piombo.

In una puntata precedente: “Mai più senza Powerbank” vi ho raccontato i miei personalissimi criteri per la scelta di un Powerbank ovvero di un pacco di batterie al litio da usare per ricaricare il telefono cellulare.

Ora vediamo perché potremmo chiedere a Babbo Natale un Powerbank da 100W

Cosa potremmo fare con un Powerbank da 100W

Ormai il tempo è maturo per ampliare l’uso dei Powerbank anche alla ricarica del computer portatile. Già adesso lo usiamo per caricare il cellulare, lo smartphone, la GoPro, il Kindle (sì anche il nostro Kindle Paperwhite), lo smartwatch, le casse bluetooth, l’orologio o il contapassi.

Infatti potrei usarlo per ricaricare il mio nuovo PC aziendale, che si carica anche tramite una porta USB Type C, oppure anche per un nuovo MacBook Pro. Il protocollo che permette questo si chiama Power Delivery, quindi il nome completo del collegamento sarebbe: USB Type C PD.

Quanta potenza riesce a trasferire un collegamento USB Type C PD? Fino a 100W, ovvero 5A con una tensione di 20V.

Cosa offre il mercato

Questo articolo trae spunto da una semplice domanda: esistono già sul mercato dei Powerbank in grado di erogare 100W tramite lo standard USB Type C PD?

Ebbene la risposta è sì!

Questo prodotto, chiamato Litionite Vulcan Plus promette 100W ovvero 5A a 20V.

Analizzando meglio il prodotto, sono rimasto colpito dal fatto che l’azienda Litionite ha una partita IVA italiana, ed è registrata a Senigallia, in provincia di Ancona. Non li conoscevo, ma hanno prodotti molto interessanti, potrebbe essere che sostituisco Anker? Vedremo.

Perchè solo adesso è possibile?

Come mai adesso si riescono a fare dei powerbank così potenti? Ci sono 3 fattori che si sono incastrati.

Al primo posto c’è lo standard USB Type C PD, che in pochi anni, a partire dal 2014, ha spinto i produttori di chip a produrre dei componenti dedicati ottimizzati per gestire questo livello di potenza, col risultato che il costo e la complessità di implementare un connettore USB Type C PD si sono ridotti

Al secondo posto, l’efficienza di questi nuovi chip, che non può che essere ben superiore al 90%. Non dimentichiamo che un sistema da 100W con un’efficienza del 90% ha bisogno di scaricare ben 10W di calore. Può sembrare poco, ma considerate che il Powerbank sta in tasca, o nello zaino, e a meno che non vogliate usarlo per scaldare il pranzo, è bene che la potenza dissipata non superi i 5W. Giusto per fare un paragone, la potenza dissipata da un essere umano è attorno ai 100W.

Al terzo posto dobbiamo considerare le batterie, specialmente quelle cilindriche tipo le 18650. Le loro caratteristiche nel tempo sono migliorate gradualmente, sia in termini di capacità che in termini di potenza erogabile. Ne hanno beneficiato per primi i computer portatili, che ora però le hanno sostituite con celle piatte, per costruire portatili sempre più sottili.

Ne hanno beneficiato anche altre applicazioni come per esempio sigarette elettroniche, torce elettriche, monopattini elettrici, bici elettriche, fino anche auto elettriche, ovvero Tesla, tutte alimentate da queste fantastiche celle.

Ma il vero salto in avanti è arrivato grazie ad un nuovo formato: le celle 21700.

Il solito Elon Musk

Nel 2016 Tesla e Panasonic hanno annunciato che la nuova Tesla Model 3 userà un nuovo formato per le celle al litio: il formato 21700. Cosa vuole dire il nuovo numero?

Il diametro passa da 18mm a 21 mm e la lunghezza passa da 65 mm a 70 mm. Perché queste nuove misure? Mi sfugge, ma se Elon Musk dice che questa è la misura ottimale per una cella cilindrica al litio, tendenzialmente ci si deve credere. Io riesco solo a capire che il volume passa da 16.540 millimetri cubi a 24.245 millimetri cubi, ovvero c’è un aumento del 47%.

E se non ci credete per fede in Elon Musk, considerate questi numeri: le migliori 18650 sul mercato arrivano a 3500 mA, le 21700 della Tesla Model 3 fanno 6000 mA. Ovvero con circa il 47% del volume in più fanno il 71% in più di capacità!

Nel giro di poco tempo, anche Samsung, LG, Sanyo, Sony hanno presentato la loro versione di cella 21700 e molto rapidamente sono state adottate sia per le Bici Elettriche che per le sigarette elettroniche.

Lentamente, stanno arrivando sul mercato anche le prime torce elettriche alimentate con le 21700.

Ma quanti sono 100W?

Fino a pochi anni fa la potenza disponibile su una porta USB era di soli 5W, mentre lo standard iniziale ne prevedeva 2.5 W. Io ho ancora un disco USB esterno che poteva funzionare solo usando due connettori USB in parallelo per raggiungere i 5W necessari. Certo stiamo parlando di uno standard presentato nel 1996, ovvero più di 20 anni fa, e adattato ampiamente a partire dal 2000. Forse qualcuno si ricorda ancora i mouse che si collegavano alla porta seriale con il connettore a vaschetta da 9 poli (DB9), e che furono poi soppiantati appunto dai mouse USB.

La vera esplosione dello standard USB come interconnessione energetica si è avuta grazie a Cina ed Europa che hanno forzato i produttori a garantire l’interoperabilità dei caricabatterie degli Smartphone. Forse ce lo siamo scordati, ma un tempo la ricarica di un telefono richiedeva il suo specifico caricatore.

Ma nel tempo, i 5W dell’USB non bastavano più, e sono nati standard proprietari, Apple aveva il suo che arrivava a 10W, Qualcomm ha fatto la serie Quick Charge QC1, QC2, QC3, e i cinesi hanno fatto il loro, ognuno cercando di aumentare la potenza disponibile, lavorando sia sulla corrente che sulla tensione.

Sembrava una babele di sigle e codici, fino all’arrivo sul mercato, praticamente solo l’anno scorso, di USB TYPE C PD.

Questa sigla dovrebbe portare equilibrio nella forza (la forza elettromotrice)

E se facessimo una simulazione?

Per oggi basta, la prossima settimana, vi propongo una simulazione in cui compariamo un pacco di batterie fatto con le 18650, con uno fatto con le 21700, analizzando tensioni, correnti e potenza dissipata.

Vai alla seconda puntata: Un Powerbank da 100W /2

Autore: Gianbattista

Appassionato di tecnologia, è l'autore di Qt5 Quanto Basta. Per lavoro mi occupo di elaborazione delle immagini per applicazioni industriali.