Le batterie come fonte di energia

Esistono diversi tipi di batterie ricari-cabili. Le più comuni sono del tipo al piombo. Meno comuni sono le batterie al Nichel Cadmio (NiCad), che si trovano ancora in vecchi sistemi di emergenza. L’alta tensione di carica richiesta dalle batterie NiCad e la loro elevata sensibilità alle condizioni ambientali, rendono questa batteria inadatta ad essere installata a bordo di imbarcazioni o nel settore automotive.

Il principio di funzionamento di una batteria al piombo

La batteria immagazzina energia attaver­so il processo elettrochimico. Se necessario, l’energia viene nuovamente rilasciata come energia elettrica per alimentare carichi DC, come motorini di avviamento o illuminazione in genere. Una batteria è costituita da diverse celle galvaniche, con una tensione di 2 Volt ciascuna. Per una batteria a 12 V vengono utilizzate sei celle collegate in serie e installate dentro un unico contenitore. Per ottenere 24 V si collegano due batterie a 12 V in serie. Ogni cella è composta da piastre in piombo ossidate positive e piastre in piombo metallico negative e da un elettrolita composto da acqua e acido solforico. Durante la scarica l’ossido di piombo sulla piastra di piombo viene trasformato in solfato di piombo. Il livello di acido diminuisce perché questo processo richiede acido solforico.

Per ricaricare le batterie serve una fonte di energia esterna come un caricabatterie, un alternatore o un pannello solare, che fornisca un tensione di circa 2,4 V per cella. Il solfato di piombo viene riconvertito in piombo e ossido di piombo e l’acido solforico contenuto si ripristina. Ci sono dei limiti di tensione di carica per prevenire un eccessivo rilascio di idrogeno. Una tensione di carica superiore a 2,4 V, per esempio, rilascia quantitativi importanti di gas di idrogeno che possono dare vita ad una miscela altamente esplosiva. Il limite superiore per la ricarica di batterie a 12 V è di 14,4 V e il valore corrispondente per batterie a 24 V è pari a 28,8 V, ambedue a 20 °C. la relazione tra lo stato di carica della batteria e la gravità specifica della miscela acqua/acido solforico è la seguente:

         

Tipi diversi di batterie, in termini di spessore e numero di piastre, corrispondono ad applicazioni diverse. La massima corrente che può erogare è determinata dal totale delle superfici delle piastre. Il numero di volte che la batteria può essere scaricata e ricaricata, numero di cicli, dipende dallo spessore delle piastre. Una batteria può essere formata da molte piastre sottili o in numero minore ma più spesse.

La batteria avviamento

La batteria avviamento è composta da molte piastre sottili per cella, per ottenere una grande superficie totale. Questo tipo di batteria è quindi adatto a fornire alti livelli di corrente per tempi brevi. Il numero di volte che una batteria avviamento può essere scaricata a fondo è limitato a circa 50-80. Comunque, dato che per fare un avviamento si usa una piccolissima parte dell’energia accumulata (circa lo 0,01 %), la batteria dura molti anni. Questo tipo di batterie non è adatto ad un utilizzo ciclico come le batterie servizi.

La batteria Ioni di Litio

Fino a poco tempo fa le batterie agli Ioni di Litio erano disponibili solo nella versione ricaricabile e di modesta capacità, il che le ha rese popolari per l’utilizzo nei telefoni cellulari e nei laptop. Ora Mastervolt offre batterie agli Ioni di Litio con grande capacità. Le nostre batterie agli Ioni di Litio hanno una alta densità energetica e sono perfette per le applicazioni cicliche. Confrontata con una tradizionale batteria al piombo, la batteria agli Ioni di Litio riduce fino al 70 % i volumi e i pesi, mentre i cicli di carica/scarica sono fino tre volte superiori, paragonabili alle batterie semi trazione al piombo liquido. Un ulteriore beneficio è il fatto che le batterie agli Ioni di Litio forniscono una capacità costante, a prescindere dal carico collegato. La capacità disponibile di una batteria al piombo liquido si riduce nel caso in cui ci sia una elevata corrente di scarica. Le batterie agli Ioni di Litio possono essere scaricate fino all’80 % senza conseguenze per la loro durata, mentre le batterie al piombo sono più colpite dalla scarica profonda.

Maggiore durata

Confrontate con le tradizionali batterie a piombo liquido, le Ioni di Litio offrono molti benefici in più, come la maggior densità energetica e la maggiore durata. Dato che il litio è un metallo più leggero, le batterie IoLi sono più leggere. Possono inoltre essere caricate in qualsiasi momento mentre le NiCad devono essere completamente scariche per avere una buona efficienza ed evitare l’effetto memoria. Per finire, la batterie agli Ioni di Litio possono essere caricate con una corrente molto alta fino al 100 % della capacità nominale; il risultato è una carica molto veloce e la mancanza di effetto memoria.

Battery Management System (BMS)

Le batterie Mastervolt agli Ioni di Litio sono dotate di BMS. Il sistema mantiene le singole celle perfettamente bilanciate, con il risultato di avere maggiore energia e più durata nel tempo.

La batteria semi-trazione

La batteria semi-trazione ha meno piastre, ma più spesse, per ogni cella. Queste batterie erogano relativamente meno corrente all’avviamento, ma possono essere scaricate più spesso e in modo più esteso (da 200 a 600 cicli completi). Questo tipo di batterie è appropriato per l’utilizzo combinato avviamento/servizi

La batteria trazione liquido

(Mastervolt non ha questo tipo di batterie in portafoglio)

Questo tipo di batteria ha ancora meno piastre, ma molto spesse, piatte o cilin-­driche. Può essere scaricata molte volte e in modo profondo (1000-1500 cicli completi). Questo è il motivo per cui spesso si usano batterie trazione a liquido per i muletti e per piccoli macchinari elettrici, come macchine di pulizia di tipo industriale. Ma le batterie trazione a liquido richiedono un metodo di carica speciale. Perché queste batterie sono molto alte e hanno il problema della solfatazione, che si forma nella parte bassa della batteria. Questo fenomeno è chiamato solfatazione e avviene perché l’acido solforico è più pesante dell’acqua. La quantità di acido aumenta nella parte bassa della batteria, intesificando localmente la corrosione delle piastre, e diminuisce nella parte alta riducendo la capacità.

La batteria si scarica in modo non uniforme e la vita media si riduce. Al fine di diffondere nuovamente l’acido, la batteria deve essere sovraccaricata con un tensione più alta. Ciò genera grandi quantità di gas di idrogeno, che possono dare vita ad una miscela altamente esplosiva. La tensione richiesta per ricaricare queste batterie è pari a 2,7 V per cella ovvero 16,2 V per impianti a 12 V e 32,4 V per impianti a 24 V. Questi livelli elevati di tensione sono estremamente pericolosi per i carichi connessi e la grande quantità di gas generato rende queste batterie poco adatte all’utilizzo su imbarcazioni o nel settore automotive, eccetto che per la propulsione.