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Batterie ricaricabili


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Batterie Ricaricabili

Premessa


Gli accumulatori di carica elettrica o batterie ricaricabili sono batterie la cui carica può essere completamente ristabilita mediante applicazione di energia elettrica.
Originariamente i gruppi di 2 o più generatori elettrochimici elementari (detti anche elementi o celle), collegati elettricamente in serie, venivano chiamati batterie ricaricabili se disposti affiancati in fila, pile secondarie se sovrapposti uno sull'altro. Attualmente nel linguaggio comune vengono chiamati batterie ricaricabili anche gli accumulatori costituiti da un unico elemento.
Le caratteristiche fondamentali sono la TENSIONE ( espressa in Volt) e la CAPACITA' ( espressa in Ampere).
Alcuni tipi di batterie ricaricabili sono suscettibili di danni dovuti a una scarica completa (Piombo Pb - Ioni di Litio Li- ion) mentre altre devono essere ciclicamente scaricate onde evitare un rapido degrado delle prestazioni ( effetto memoria) Tentare di ricaricare batterie non-ricaricabili (primarie) può provocare un pericoloso surriscaldamento dell'elettrolita fino a provocarne la fuoriuscita o l'esplosione.
 

Accumulatore al Piombo


In una prima fase, l'accumulatore viene caricato a una corrente costante pari a circa il 10% o meno della capacità della batteria. La carica continua fino a quando ogni cella raggiunge i 2,4V di potenziale. La seconda fase di carica, è effettuata a tensione costante (14,4V per accumulatori a 6 celle), la carica termina quando la corrente assorbita scende a pochi mA (circa lo 0,2% della capacità dell'accumulatore).
Esempio: Se disponiamo di una batteria al piombo da 12 Volt e capacità 5 amp/h la carica dovrà essere effettuata a 500 milliamper/h per 10 ore. La termina quando la corrente assorbita dalla batteria scende a 100 ma/h.
 

 Batteria al nichel-cadmio
 

Utilizzate anche in molte applicazioni domestiche oggi è stata quasi completamente sostituita da accumulatori del tipo LITIO (Li-Ion) e Nichel Metalidrato. ( NiMH.) Questo tipo di batteria ha una vita molto lunga (oltre 1500 cicli di carica/scarica completi), ma una densità di energia inferiore rispetto alle batterie al piombo e risente dell' effetto memoria.
 

 

 

Effetto memoria


Alcuni tipi di batterie ricaricabili, se ripetutamente caricate prima che la loro carica sia completamente esaurita, "ricordano" la capacità energetica precedente alla ricarica, ovvero, se una batteria completamente carica si utilizza al 60% e successivamente si sottopone a ricarica, il 40% dell'energia somministrata non viene riconosciuta e risulta quindi inutilizzabile. Le batterie maggiormente soggette a questo fenomeno sono quelle al nichel-cadmio e, in misura minore, quelle al nichel-metallo idruro.
Per evitare quest'effetto bisogna ciclare (caricare e scaricare) il singolo elemento almeno una volta ogni due o tre settimane. Ideale sarebbe seguire la procedura sul singolo elemento e non su di una serie di essi (cosiddetto "pacco batteria") onde evitare il pericolo di una "inversione di polarità" che può comportare danni ben più gravi dell'effetto memoria. In ogni caso è bene che la tensione di ciascun elemento non scenda sotto il volt e, nel caso di una serie di elementi, non si tenti di scaricare oltre tale limite il pacco.
Nelle batterie al litio tale effetto non si verifica in quanto non si ha alcuna modificazione dei materiali elettrolitici.
 

Esempio : Se disponiamo un pacco batterie da 8 elementi posti in serie con una tensione nominale 1,2V x 8 = 9,6 V la tensione non deve scendere sotto gli 8 volt . Non si tenti di scaricare la batteria al di sotto di questo valore!!!!
Anche in questo caso la corrente di carica consigliabile è pari a 1/10 della capacità del pacco batteria.

Esempio
: Se abbiamo un pacco batterie dalla capacità pari a 1700 ma/h la corrente di carica dovrà essere pari a 170 ma/h per 10 ore (170ma/h x 10ore = 1700ma/h)
…..... e così via.......

Si fa presente che questa tipologia di accumulatori ancora in uso nelle nostre applicazioni è stata vietata a decorrere dal 1º luglio 2006 in base alla direttiva europea 2002/95/CE del Parlamento Europeo e del Consiglio del 27 gennaio 2003 relativa alla limitazione all'utilizzo di alcune sostanze pericolose nelle attrezzature elettriche ed elettroniche.
 

 

Batteria al nichel-metallo idruro NI-MH

Le batterie al nichel-metallo idruro (NiMH) hanno ormai sostituito o le vecchie batterie al nichel-cadmio (NiCd), più tossiche e meno efficienti.
Le batterie NiMH sono un'evoluzione di quelle nichel-cadmio (Ni-Cd) e rispetto a queste ultime presentano il vantaggio di avere una densità energetica (Wh/kg o Wh/dm3) del 30-40% in più, e di aver eliminato l'uso del cadmio, un metallo pesante pericoloso. Il processo elettrochimico di carica, al polo negativo costituito da una lega metallica generalmente di nichel e terre rare. In particolare, le leghe metalliche impiegate sono in grado di immagazzinare e successivamente rilasciare una quantità d'idrogeno un migliaio di volte superiore al proprio volume.
Verso le fine del 2006 un produttore ha messo in commercio delle batterie nichel-metallo idruro con delle migliorie al catodo che permette di ottenere un' autoscarica minore, grazie a successivi miglioramento è arrivato a una autoscarica di solo 10 % dopo 1 anno e del 30% dopo 5 anni. Questo tipo di batteria è denominato Low-self-discharge(LSD) oppure Ready to use.

 

Accumulatore litio ione-polimero Li-Po

 

Accumulatori Li-Po di diverse capacità
La variante litio-polimero ha caratteristiche simili, la densità energetica delle batterie Li-Poly è maggiore di più del 20% rispetto a una Litio Ione classica ma un ciclo di vita leggermente inferiore. Il suo grande vantaggio è dato dalla possibilità di creare batterie di qualsiasi forma e dimensione e, fatto non secondario, più sicure, in quanto l'elettrolita allo stato solido in caso di rottura accidentale delle batterie non fuoriuscirebbe, scongiurando così possibili danni al caricabatteria o all'apparecchio utilizzatore.

 

Charger -  Decharger (carica - scarica)

Il charger - decharger è un dispositivo elettronico utilizzato specialmente nel modellismo, per ovviare ad un inconveniente abbastanza frequente nell'uso degli accumulatori, siano essi al Nichel-Cadmio (Ni-Cd) che ai polimeri di Litio (Li-Po).
Una volta utilizzati gli accumulatori, prima della successiva ricarica è opportuno scaricare con il decharger la tensione residua, senza però scendere al di sotto di una determinata soglia oltre la quale sarebbe impossibile effettuare un'ulteriore ricarica.
Quelli disponibili in commercio sono molto costosi, ma sono di facile costruzione con pochi componenti elettronici ed un po' di esperienza "fai da te".



 

La tabella di seguito riportata , per tipologia di batteria, , in base alla tensione di una cella, dà una precisa idea dei tempi di carica nonché la durata di vita intesa come numero di cicli di carica.

 

Tabella comparativa delle differenti tecnologie

 

Tipo

Densità di energia

Tensione cella

Durata di vita

Cicli di carica

Tempi di ricarica

Auto scarica

mensile

Tensione minima

di ricarica (per cella)

Effetto memoria

Piombo 30 - 50 Wh/kg 2,4 V 200-300 8 - 16 h 5,00 % 2,3 V ?
Ni - Cd 48 - 80 Wh/Kg 1,25 V 1500 1 h >20 % 1,25 V Si
Ni - Mh 60 - 120 Wh/Kg 1,25 V 300 - 500 2 - 4 h >30 % 1,25 V Parziale
Ni - MH LSD 60 - 120 Wh/Kg 1,25 V 1800 2 - 4 h <2 % 1,25 V Parziale
Alcalina 80 - 160 Wh/Kg 1,5 - 1.65 V 100 1 - 16 h <0,3 % a seconda della batteria ?
Li - ion 110 - 160 Wh/Kg 3,7 V 500 - 1000 2 - 4 h 10,00 % 3,7 V No
Li - Po 130 - 200 Wh/Kg 3,7 V 300 - 500 2 - 4 h 10,00 % 3,7 V No

                                       

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