Batterie e ancora informazioni x i dubbiosi

Lo scopo delle batterie non è quello di produrre elettricità ma di di accumulare o immagazzinare l'elettricità. Le reazioni chimiche all’interno delle batterie variano a seconda che l’energia elettrica venga immagazzinata o rilasciata. Fortunatamente, nelle batterie ricaricabili al piombo, questo processo può essere ripetuto più e più volte. Tipicamente le batterie non offrono un'efficienza del 100% ma si attesta su valori inferiori. Questo significa che un po’ di energia viene persa sotto forma di calore durante le reazioni chimiche di carica e scarica. Ed esempio, prelevando 1000W (watt) da una batteria, la stessa potrebbe richiederne 1200 per essere ricaricata completamente. Per incrementare l’efficienza si devono impiegare correnti di carica o di scarica basse (la famosa carica o scarica lenta…).  Per questo motivo una batteria con capacità nominale di 180Ah valutata su 6 ore, potrebbe essere valutata da 220Ah su 20 ore o 260Ah su 48 ore. Aprrofondiremo questo aspetto più avanti. Le nostre batterie vengono valutate sulla base delle 20 ore. L’efficienza tipica delle celle al piombo si attesta sul 85-95%. A titolo informativo le batterie alcaline e NiCd sono sul 65-70%.

Quali sono i principali tipi di batterie al piombo?

Le batterie possono essere classificate in due modi, per tipo di applicazione o per tecnica costruttiva.

Le due principali distinzioni per applicazione sono Automotive e Deep-Cycle.

Le automotive sono destinate al mondo auto delle auto e delle moto e servono per i servizi e per l’avviamento. Le Deep-Cycle includono le applicazioni fotovoltaiche e i sistemi di back-up elettrico. I principali tipi di costruzione si differenziano per come viene gestito il liquido elettrolita. Ci sono le Flooded (letteralmente “allagate” o umide), quelle al Gel e quelle AGM (Absorbed Glass Mat). Le Batterie AGM sono chiamate anche “a secco” in quanto la fibra di vetro che le costituiscono è saturata al 95% con acido solforico e il liquido in eccesso è trascurabile. Le batterie Flooded possono essere di tipo standard con tappi di rabbocco oppure di tipo "maintenance free/senza manutenzione".

Le batterie al Gel possono essere Sigillate oppure “Valve Regulated” dove una piccola valvola mantiene una leggera pressione positiva. Quasi tutte le batterie AGM sono sigillate (ermetiche) con regolazione a valvola (comunemente indicate come VRLA - Valve Regulated Lead-Acid). Questo valvola è importante perché durante la fase di ricarica si può formare del gas all’interno dell’accumulatore. La maggior parte delle valvole sono regolate con pressione da- 1 a 4 psi a livello del mare.

Che cos’è una Batteria AGM?

E' una tipologia di batteria ermetica sempre più diffusa, che non necessita di alcuna manutenzione. La peculiarità di queste batterie è l’utilizzo di un tessuto spesso in fibra di vetro impregnato di elettrolita che separa le piastre in piombo. Il materiale utilizzato è una finissima fibra di vetro boro-silicato. Questi tipi di batterie hanno tutti i vantaggi degli accumulatore al Gel, ma supportano meglio eventuali eccessi di utilizzo. Come le batterie al Gel, le batterie AGM non perdono acido in caso di rottura del contenitore (in caso di danno particolarmente importante all'involucro esterno posso presentare una dispersione di elettrolita molto contenuta).

Quali sono i vantaggi delle Batterie AGM?

Le batterie AGM non perdono liquido anche se danneggiate, e non richiedo alcuna manutenzione. Sono inoltre definite a “ricombinazione" in quanto l'ossigeno e idrogeno presente nell'acqua si ricombinano all'interno della batteria stessa. Negli accumulatori a ricombinazione, i gas che si generano per elettrolisi dell’acqua vengono ricombinati durante la fase di carica attraverso il cosiddetto “ciclo di ricombinazione dell’ossigeno”, generando nuovamente acqua. L’efficienza della ricombinazione è tipicamente del 99% il che significa che la perdita d’acqua diventa trascurabile.

Le modalità di carica (tensioni e correnti) per la maggior parte delle batterie AGM sono le stesse di una batteria di tipo standard (a parità di tensione e capcità nominale), quindi non è necessario ricorrere a caricatori o regolatori appositi.
La resistenza interna è estremamente bassa e non vi è quasi nessun riscaldamento della batteria, nemmeno con elevate correnti di carica o scarica. Le batterie AGM hanno un tasso di autoscarica molto basso (da 1% a 3% al mese). Una batteria AGM può essere conservata per un lungo periodo di tempo (tipicamente fino a 6 mesi) senza ricarica.
Le modalità di assemblaggio delle piastre AGM rendono questo tipo di batteria in grado di resistere a urti e vibrazioni meglio di qualsiasi batteria standard.

Che cosa significa la sigla Ah presente sulle batterie?

La sigla Ah, si legge Ampere-Ora e identifica la capacità di erogare corrente di una batteria. Essa varia in relazione all’intensità della corrente erogata. La capacità nominale (C) viene convenzionalmente definita alla scarica in 20 h, con una tensione di fine scarica di 1,75V per cella galvanica a una temperatura tra 20/25°C. Ricordiamo che in una batteria al piombo la cella galvanica ha una tensione nominale di 2V. La capacità di una batteria (Ah) viene espressa come il prodotto tra la corrente di scarica (A) e il tempo (h) trascorso fino al raggiungimento della tensione finale di scarica. "Un ampere-ora è un ampere per un'ora, oppure 2 ampere per mezz’ora, 4 ampere per un quarto d’ora e così via.

Ad esempio, se avete un carico che assorbe 20A (ampere), e viene utilizzato per 20 minuti, per calcolare gli Ah utilizzati si usa la seguente formula:

20 (Ampere) x 0,333 (ore) = 6.67 Ah.

Attenzione! Per valutare la capacità delle batterie viene quasi sempre utilizzo il rate 20h. Questo significa che, nel caso di una batteria da 12V, viene scaricata fino a 10,5 volt in un periodo di 20 ore, e ne viene misurato il valore in Ah che riesce a fornire durante tale periodo di periodo di scarica. Alcuni produttori riportano nei datasheet delle loro batterie le tabelle del tasso di scarica in periodi diversi (es. 6 ore e 100 ore) agevolando il confronto tra diversi modelli per diverse applicazioni.

Ad esempio nel caso di batterie industriali, viene utilizzato il rate 6h che rispecchia il tipico ciclo di lavoro quotidiano. Altre volte viene utilizzato il rate 100h per indicare una prestazione migliore di quella reale anche se, il dato a 100h è utile per capire la capacità della batteria per esigenze di backup a lungo termine. Come già scritto in precendenza, le batterie al piombo sono più efficienti con basse correnti di scarica. Per questo motivo, maggiore è il tempo di scarica e maggiore sarà la capacità risultante.

Le batterie si scaricano quando non sono utilizzate?

Tutte le batterie, a prescindere dalla loro chimica, sono soggette ad autoscarica. Il tasso di autoscarica dipende sia dal tipo di batteria che dalla temperatura di conservazione delle batterie. Nel caso delle batteria al piombo, un valore generale di autoscarica da considerare è di circa il 1% - 3% a settimana arrivando anche a valori di 2% al mese nel caso delle batterie Fiamm FGL; indipendenemente dal tipo di batteria è opportuno tenere in considerazione l'importanza delle temperatura, i valori indicati sono normalmente valutati con una temperatura ambiente di 20/25°C.

Ricaricare correttamente le batterie

Come provvedere ad una corretta carica.

Le batterie vengono vendute precaricate, ma è buona norma, prima di utilizzarle, applicare un ciclo di ricarica a bassa corrente per riportarla al 100% della carica.

Il processo di carica consente alle celle che formano l'accumulatore di immagazzinare lentamente la corrente fornita. Questa corrente di norma deve essere il 10% della capacità indicata della batteria. Quindi una batteria da 60 Ah deve essere caricata con una corrente di 6 Ampere per un tempo massimo di 10-12 ore.

All'inizio la tensione sarà sui 12.6-13 V, poi questa tensione salirà molto lentamente. Quando arriva a 13.5-13.6 V significa che la batteria è quasi completamente carica.
La batteria infatti internamente è formata da 6 elementi di 2,1 Volt l'uno. Per mantenerla carica bisogna fornire almeno 2,3V ad elemento, ottenendo una carica lenta di mantenimento. Questa carica può essere portata a 2,5V per elemento se la batteria viene normalmente utilizzata, con i normali cicli di carica/scarica. Evitare di andare oltre i 15Volt e quindi di fornire molta corrente per abbreviare i tempi di carica.

Così facendo si va incontro al fenomeno detto di solfatazione. Si tratta di un fenomeno sgradito e dannoso che consiste nella formazione all'interno degli elementi, di cristalli di solfato di piombo. Con una carica violenta questi cristalli aumentano e si legano tra loro formando uno spessore sulle piastre interne e conseguente perdita di efficienza ed erogazione. Evitare dunque i carica batterie rapidi che spesso forniscono troppa corrente di carica.

Indicativamente questi sono i valori per una normale ricarica di una decina di ore:
• Batteria normale: 13.4 - 13. 8 Volt

Il fenomeno della solfatazione colpisce la batteria anche quando questa si scarica senza mai ricaricarla. Più si scarica più il fenomeno aumenta fino a rovinare del tutto la batteria. Un'altra causa di solfatazione si verifica quando le piastre della batteria, a causa del basso livello dell’elettrolita, vengono esposte all’aria. Per questo motivo alle batterie a liquido bisogna anche controllare periodicamente il livello dell'elettrolita.

Questo ci dà lo spunto per parlare della densità dell’elettrolito e del Densimetro, lo strumento appunto per misurare la densità delle batterie tradizionali.

Il liquido contenuto nella batteria è una soluzione acida composta di acqua distillata e acido solforico. In una batteria carica la densità a 27°C è maggiore di 1.260 Kg/l. Quando è inferiore a 1.120 la batteria è completamente scarica.

La densità è indicata in Kg/l o Kg/dm3 in certi casi anche in gradi Baumè (scritto Bè)
• Densità 1,265 Kg/l - Bè 30,23 - Carica al 100%
• Densità 1,225 Kg/l - Bè 26,51 - Carica al 75%
• Densità 1,190 Kg/l - Bè 23,04 - Carica al 50%
• Densità 1,155 Kg/l - Bè 19,37 - Carica al 25%
• Densità 1,120 Kg/l - Bè 15,46 - Completamente scarica

Per misurare questi livelli si utilizza un semplice densimetro per batterie che è solitamente formato da una ampolla di vetro e una pompetta per aspirare il liquido. Dentro l'ampolla c'è un peso con un'asta graduata che si alza a seconda della densità del liquido all'interno dell'ampolla. I modelli più semplici sono colorati di rosso e di verde quelli più precisi anche di altri colori. I valori indicati dai colori corrispondono ai vari livelli di densità e quindi di carica. Il verde rappresenta la condizione di carica il rosso di scarica. Le due condizioni si verificano perché, quando la batteria è completamente carica l'acido solforico è in soluzione con l'acqua, quindi l'elettrolito è più denso.

Quando invece è completamente scarica l'acido solforico aderisce alle placche e quindi la soluzione diviene acquosa con conseguente densità e peso minore.

E’ anche possibile verificare il livello di carica misurando la tensione ai capi della batteria (che non deve avere carichi collegati, se connessa elettricamente all'autovettura dovremo spegnere il motore e tutti gli accessori elettrici) dunque si può risalire alla seguente tabella:

Al di sotto dei 12V (quindi del 50% circa) la batteria va assolutamente ricaricata pena il forte rischio di solfatazione delle piastre; questa è anche la soglia al di sotto della quale è praticamente impossibile avviare il motore.
La precedente tabella è da considerarsi valida qualora tutte le celle siano nelle stesse condizioni di carica e solfatazione; può però capitare che a vuoto la batteria dia buoni valori di carica ma che la tensione crolli poi verticalmente anche sotto agli 11V applicando un piccolo carico come una lampadina da qualche decina di Watt; in questo caso con tutta probabilità alcune celle sono solfatate ed altre no