Carica delle batterie

Tensione di carica

Le batterie Mastervolt al Gel (2 V, 12 V) o AGM (6 V, 12 V) devono essere caricate con una tensione di 14,25 V in impianti a 12 V e 28,5 V per impianti a 24 V. La fase absorption è seguita dalla fase float (vedi caratteristica di carica a 3-stadi+ a pag. 242) che riduce la tensione a 13,8 V per il 12 V e 27,6 V per impianti a 24 V. Questi dati sono riferiti a una temperatura di 25 °C.

Per batterie a piombo liquido, la tensione di absorption è 14,25 V per il 12 V e 28,5 V per impianti a 24 V. La tensione di float per questo tipo di batterie è 13,25 V per sistemi a 12 V e 26,6 V per impianti a 24 V. Anche questi dati sono riferiti a 25 °C.

Le batterie agli Ioni di Litio sono caricate con una tensione di absorption pari a 14,25 V per il 12 V e 28,5 V per impianti a 24 V. la tensione di float è rispettivamente 13,5 V e 27 V per impianti a 12 V e 24 V.

Corrente di carica

La regola generale per la carica delle batterie al Gel o AGM è che la corrente minima deve essere tra il 15 e il 25 % della capacità della batteria. Durante la carica però continuiamo ad alimentare le utenze collegate e questo consumo deve essere aggiunto al 15-25 %. Ciò significa che un banco di batterie da 400 Ah e utenze collegate con un consumo di dieci ampere, richiedono un caricabatterie tra i 70 e i 90 A per poter caricare le batterie in un tempo ragionevole.

La massima corrente di carica è il 50 % per batterie al Gel e il 30 % per batterei AGM. Le batterie agli Ioni di Lito Mastervolt possono sopportare correnti molto più alte. Comunque per ottimizzare la durata delle batterie agli Ioni di Litio, Mastervolt raccomanda una corrente di carica massima pari al 30 % della capacità. Per una batteria da 180 Ah, per esempio, significa che la carica massima consigliata è di 60 ampere.

Un caricabatterie con compensazione di temperatura per una protezione ottimale

Una durata maggiore per le batterie AGM, Gel o Ioni di Litio, si ottiene con un moderno caricabatterie Mastervolt con caratteristica di carica 3-stadi+. Questi caricabatterie modulano in continuo tensione e corrente di carica.

Per batterie a liquido, Gel e AGM, si raccomanda di montare un sensore che misuri la temperatura delle stesse e permetta al caricabatterie di aggiustare la tensione di carica allungando la durata delle batterie. Questa funzione è chiamata “compensazione di temperatura”.

Curva di compensazione temperatura

Dato che apparecchiature come i frigoriferi prelevano energia di continuo dalla batterie, anche durante la fase di carica, la compensazione di temperatura Mastervolt prevede una tensione massima di carica per proteggere la apparecchiature collegate. La compensazione arriva al massimo a 14,55 V per sistemi a 12 V e 29,1 V per impianti a 24 V.

Con temperature molto alte (> 50 °C) o basse (< -20 °C) batterie al Gel o AGM non vengono più caricate. Oltre questi limiti il caricabatterie Mastervolt continua ad alimentare l’impianto collegato, ma non carica le batterie.

Per le batterie agli Ioni di Litio non serve regolare la tensione per le alte o basse temperature.

               

Le seguente formula si usa per calcolare il tempo di carica delle batterie Gel o AGM:

Le seguente formula si usa per calcolare il tempo di carica delle batterie agli Ioni di Litio:

Lt = tempo di carica
Co = capacità prelevata dalla batteria
eff = efficienza ; 1.1 per una batteria al gel, 1.15 per una batteria AGM e 1.2 per una batteria al liquido
Al = corrente del caricabatteria
Ab = consumo di un’apparecchiatura connessa, durante il processo di carica

Calcolare il tempo di carica

Per calcolare il tempo di carica di una batteria si deve tener conto di quanto segue:

La prima considerazione è l’efficienza della batteria. In una normale batteria a liquido è circa dell’80 %. Ciò significa che se scarichiamo 100 Ah ne dobbiamo caricare 120 per poter estrarre nuovamente 100 Ah. Le batterei al Gel o AGM hanno un’efficienza più alta dall’85 al 90 %, quindi ci sono meno perdite e il tempo di carica è inferiore rispetto alle batteria a liquido. Nelle batterie agli Ioni di Litio l’efficienza è pari al 97 %.

Un’altra importate cosa da tenere a mente quando si calcola il tempo di carica è che l’ultimo 20 % del processo di carica (dall’80 al 100 %) richiede circa quattro ore per batterie a liquido, Gel e AGM (non per le batterie agli Ioni di Litio). Nella seconda fase chiamata absorption o dopo carica, è il tipo di batteria che determina la quantità di corrente assorbita indipendentemente dal caricabatterie.

Anche questo fenomeno del dopo carica non si applica alle batterie agli Ioni di Litio che si caricano molto più velocemente.

L’effetto dannoso del ripple di tensione sulle batterie

Una batteria può danneggiarsi prematuramente a causa del ripple di tensione generato dal caricabatterie. Per prevenire questi danni il ripple del caricabatterie deve essere il più basso possibile.

Il ripple di tensione produce un ripple di corrente. Come regola generale il ripple di corrente deve rimanere al di sotto del 5 % della capacità della batteria. Se alla batteria sono collegati apparati di navigazione come VHF o GPS, il ripple di tensione non può superare i 100 mV (0,1 V) per non causare malfunzionamenti degli stessi.

I caricabatterie Mastervolt sono dotati di un eccellente sistema di aggiustamento del ripple della tensione in modo che sia sempre al di sotto dei 100 mV.

Un altro vantaggio dell’avere un basso ripple di tensione è di prevenire danni all’impianto se, per esempio, un morsetto della batteria non è ben serrato o corroso. Grazie al basso ripple un caricabatterie Mastervolt può alimentare un impianto anche senza essere collegato a una batteria.

Determinare lo stato di carica di una batteria

Le spiegazioni accanto relative all’esponente di Peukert dimostrano che non è semplice stabilire lo stato di carica di una batteria semplicemente, per esempio, misurando la tensione.

Il migliore e più accurato metodo per controllare lo stato di carica è l’utilizzo di un misuratore degli amperora (battery monitor). Esempi di questo tipo di misuratore sono il MasterShunt, il BTM III o il BattMan di Mastervolt. Oltre alla corrente di carica e scarica, questi battery monitor indicano la tensione della batteria, il numero di amperora consumati e il tempo residuo prima di dover ricaricare la batteria.

Una importante caratteristica che distingue i battery monitor di Mastervolt dagli altri sul mercato, è la memoria dei dati storici come il numero di cicli di carica/scarica, la profondità della scarica, la media della scarica e le tensioni più alte e basse misurate.

L’esponente di Peukert

Sulla carta sembra facile calcolare per quanto tempo ancora una batteria continuerà a fornire energia sufficiente. Uno dei metodi più comuni è quello di dividere la capacità della batteria per la corrente di scarica. Comunque, nella pratica, questi calcoli finiscono spesso per essere sbagliati. La maggior parte delle batterie specificano la capacità della batteria, considerando un tempo di scarica di 20 ore. Una batteria da 100 Ah, ad esempio, si suppone fornisca 5 amps all’ora per 20 ore e durante questo lasso di tempo la tensione non dovrebbe scendere al di sotto di 10.5 Volt (1.75 Volt/cella) per una batteria 12 V. Sfortunatamente, quando è scaricata a un livello di corrente di 100 amps, fornirà solamente 45 Ah, il che significa che può essere usata solo per meno di 30 minuti.

Questo fenomeno è descritto in una formula – l’esponente Peukert – scoperta più di un secolo fa dai pionieri della batteria Peukert (1897) e Schroder (1894). La formula Peukert descrive l’effetto di differenti valori di scarica sulla capacità della batteria, come ad esempio, il fatto che la capacità della batteria diminuisce a livelli di corrente di scarica più alti. Tutti i monitor batteria Mastervolt tengono conto di questa equazione, in modo che tu possa sempre essere correttamente informato sullo status delle tue batterie.

La Legge di Peukert non si applica alle batterie agli Ioni di Litio, perché il carico collegato non ha effetto sulla capacità disponibile.

La formula di Peukert per la capacità delle batterie a una data corrente di scarica è:

Cp = capacità disponibile in funzione della scarica
I = livello della corrente di scarica
n = esponente Peukert = (log T2 - logT1) : (log I1 - log I2)
T = tempo di scarica in ore

I1, I2 e T1, T2: questi dati emergono effettuando due prove di scarica. Si tratta di scaricare la batteria due volte con due diversi livelli di corrente.

(I1) – valore più elevato - il 50 % della capacità della batteria - ed uno più basso (I2) - circa il 5 %. In ciascuna delle prove, vengono registarti i tempi in relazione alla tensione di fine scarica 10.5 V. L’esecuzione dei test di scarica a bordo di una imbarcazione non è cosa semplice, i carichi a volte sono insufficenti o inadeguati in funzione delle tabelle di riferimento fornite dal produttore. Potete recuperare i dati necessari per il calcolo dell’esponente di Peukert dalle specifiche della batteria.

Ventilazione

Durante il normale funzionamento le batterie al piombo, Gel o AGM producono una quantità di idrogeno molto limitata e quindi non pericolosa. Quel poco di gas che fuoriesce è trascurabile. Comunque, proprio come per tutte le altre batterie, il calore si genera durante la carica. Per assicurare la maggior durata possibile, è importante che questo calore venga dissipato dalla batteria più rapidamente possibile. La formula seguente può essere utilizzata per calcolare la ventilazione necessaria ai caricabatterie Mastervolt.

Q = ventilazione necessaria in m³/h
I = massima corrente di carica del caricabatterie
f1 = riduzione dello 0.5 per le batterie al gel
f2 = riduzione dello 0.5 per batterie chiuse
n = numero di celle utilizzate (una batteria 12 Volt ha sei celle, ognuna da 2 Volt)

Ritornando all’esempio precedente di una batteria 12 V/400 Ah e di un caricabatteria 80 amps, la ventilazione necessaria sarà: Q = 0.05 x 80 x 0.5 x 0.5 x 6 = 6 m³/h

Questo flusso di aria è così limitato che normalmente la ventilazione naturale è sufficiente. Se le batterie sono installate in contenitori chiusi, saranno necessarie due aperture, una al vertice e una sul fondo. Le dimensioni delle aperture di ventilazione possono essere calcolate usando la formula seguente:

A = apertura in cm²
Q = ventilazione in m³

Nel nostro caso, questa sarà di 28 x 6 = 168 cm² (circa 10 x 17 cm) per ciascuna apertura.

La batteria agli Ioni di Litio non produce idrogeno ed è comunque sigillata. Durante la ricarica veloce è fisiologico che si sviluppi una certa quantità di calore, la quantità di aria necessaria alla dissipazione del calore può essere calcolata con la precedente formula.

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