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Guida all'elettricità ed ai consumi elettrici di www.camperisti.it

Accumulatori e batterie

In breve: caratteristiche di una batteria e degli accumulatori che alimentano dispositivi portatili.

Accumulatori e batterie servono ad immagazzinare l'energia elettrica per alimentare in maniera autonoma apparecchiature elettriche. Alla base ci sono 4 tipi di elementi a funzionamento chimico:
- elemento piombo-zinco con acido solforico o con gel, tensione 2,3V. Sono utilizzati in serie da 6 elementi per gli accumulatori auto e per i camper, con tensione a piena carica di 6x2,3 = 13,8 V (ma vengono commercializzate come 12V). Ci sono anche accumulatori a 3 o 12 elementi per moto o camion (6V o 24V). Vedi fig. 3.1 e 3.2
- elemento alcalino, tensione 1,5V. Sono le normali pile a stilo usa e getta da 1,5 V.
- elemento nichel-metallo idruro(NiMH) che ormai sostituisce quello nichel-cadmio (NiCd), tensione 1,2V. Sono le pile stilo ricaricabili e quindi anche molte batterie di fotocamere, telecamere, cellulari e computer. Infatti le tensioni tipiche sono multipli di 1,2V, ad esempio nei computer 18V o 19,2V, mentre per fotocamere si usano batterie ad esempio da 6V o 7,2V. Vedi fig 3.5.
- elemento ioni litio (Li-ion) o litio polimeri (Li-pol), tensione 3,7 V. Sono le batterie più compatte, usate ad esempio nella maggior parte degli smart phone. Vedi fig. 3.3 e 3.4

Una batteria ha due caratteristiche importanti: la tensione in volt e la capacità, misurata in Ah ovvero mAh per le piccole batterie. Ad esempio una tipica batteria dei servizi del camper ha 12V di tensione (in effetti 13,8 se nuova ed a piena carica) e 90Ah di capacità. Questo vuol dire che può erogare una corrente di un ampere per 90 ore prima di scaricarsi completamente (oppure una corrente di 90 A per un'ora). Un'utilitaria avrà invece una batteria da 12V 50Ah. Per le batterie al piombo-zinco viene anche indicato un valore in ampere, ad esempio nel Ducato diesel la batteria è di tipo 12V 95Ah 800A. L'ultimo valore indica la corrente di spunto. In pratica nelle auto e nei camper la batteria deve far funzionare il motorino di avviamento, che è l'apparecchiatura elettrica che assorbe, anche se solo per alcuni secondi, la corrente più elevata. In pratica il valore di 800 A di spunto indica che la batteria può erogare una corrente di 800 ampere (corrisponde a 800 x 12 = 9.600 watt!) senza che la tensione di 12V subisca una forte riduzione (e senza che la batteria si danneggi). Tipicamente i motori a benzina hanno motorini di avviamento meno potenti e quindi la loro batteria può limitarsi a correnti di spunto di 400-500A, mentre per i diesel in genere sono necessari 600-800A.

Nel caso della batteria dei servizi naturalmente la corrente di spunto non è così importante, ma se volete usare la batteria dei servizi per mettere in moto allora dovete avere una corrente di spunto adeguata. A questo proposito facciamo notare l'importanza dei cavi di emergenza usati per la messa in moto di un veicolo usando la batteria di un altro veicolo (o la batteria dei servizi). Se la corrente che va al motorino è di 800A (in genere è minore) dalla formula data sopra per i 12 V per cavi lunghi solo 1 metro si ha
sezione cavo = 800 x 1 x 0,15 = 120 mm2
che corrispondono ad un diametro del rame di 12mm. Se la lunghezza dei cavi è due metri il diametro del rame sale a 17mm. I cavi in commercio sono in genere molto più sottili, ed infatti spesso non riescono a mettere in moto il diesel di un camper. Stessa cosa se avendo bisogno di cavi più lunghi ne collegate una seconda coppia in serie. Quindi se comprate cavi da messa in moto comprate sempre quelli da camion. Se proprio non li avete potete provare a tenere collegate le due batterie per 10-15 minuti in modo che quella scarica si ricarichi in parte ed aiuti l'altra nell'avviamento, riducendo di fatto la corrente che passa quando azionate il motorino di avviamento.

Nei camper odierni in genere la batteria dei servizi è al gel. Vi sono delle differenze tra le batterie al piombo e acido e quelle al piombo e gel, che elenchiamo:
- le batterie all'acido durante l'uso emettono gas, in particolare ossigeno ed idrogeno che sono esplosivi. Quindi non possono essere impiegate nell'abitacolo (sotto il sedile) a meno di non avere un sistema di recupero dei gas (vi sono dei fori nella parte alta che devono essere collegati a dei tubicini che buttano i gas all'esterno). Invece le batterie al gel sono del tutto sigillate e possono essere montate anche coricate.
- se le batterie all'acido possono erogare come abbiamo visto correnti elevate, quelle al gel sono chiamate a scarica lenta, cioè possono erogare correnti più limitate ed in genere vanno caricate con correnti minori, cioè in tempi più lunghi
- la tensione a piena carica della batterie al gel è di mezzo volt minore di quelle all'acido. Per questo i meccanismi di ricarica della batteria dei servizi hanno in genere un interruttore da posizionare a seconda che la batteria sia al gel o all'acido. Infatti il processo di ricarica è gestito sia dalle centraline dei pannelli solari, sia dai raddrizzatori di ricarica collegati alla corrente del campeggio, in maniera differente tra i due tipi di batterie.
- il costo della batteria al gel è di oltre 200 euro, contro più di 100 euro di quelle all'acido.
- la vita della batteria al gel, se mantenuta correttamente, è molto maggiore di quella all'acido

Se siete in giro con il vostro camper e vi trovate con la batteria al gel fuori uso, dovete considerare che comprare una nuova batteria al gel può non essere facile. Sostituirla con una al piombo può non essere praticabile, sia per i gas che questa emette, sia perchè a volte nei camper le batterie al gel sono installate coricate (cosa che non è non possibile per quelle al piombo, che contengono acido).

Quando acquistate una batteria per il camper non solo dovete controllare le caratteristihc elettriche, ma dovete anche controllare altre caratteristiche costruttive. Una è la posizione dei poli, dato che la batteria è rettangolare i poli positivo e negativo possono essere in posizione scambiata. Se i costruttori di veicoli prevedessero i cavi di collegamento con una certa abbondanza si potrebbero montare indifferentamente, ma dato che i cavi sono sempre di misura esatta, una batteria con i poli scambiati non può essere montata. La seconda caratteristica da controllare sono le misure. La batteria è un parallelepipedo con larghezza ed altezza standard, mentre la lunghezza varia e dipende approssimativamente dalla capacità elettrica. Quindi non è sempre possibile sostituire una batteria con una di capacità maggiore. Inoltre in alcuni veicoli, ed in particolare nel nuovo Ducato, i costruttori hanno previsto uno spazio per la batteria che non rispetta gli standard. Nel Ducato le rotaie del sedile capitano sugli spigoli della batteria dei servizi che deve essere quindi di un paio di cm più bassa della batteria standard.

E' utile sapere che se una batteria al piombo si scarica completamente, ad esempio quando la sua tensione da 12-13V scende sotto gli 8-9V la batteria subisce dei danni permanenti. Una batteria è considerata scarica a 10,5 V, se scende di più la sua capacità si riduce, approssimativamente per le batterie al piombo del 10-20%, per quelle al gel del 40-50%. Quindi ipotizziamo che dimenticate i fari accesi, la batteria si scarica, ma riuscite a mettere in moto con i cavi ed a ricaricare la batteria. Se avevate una batteria da 100Ah di capacità, ora dovete aspettarvi che è diventata da 80Ah. Nel caso della batteria al gel la batteria è quasi da sostituire. Se vi capita una seconda volta di scaricarla completamente, perderete ulteriore capacità. La ricarica è migliore se è fatta lentamente. In genere la corrente di ricarica non deve superare 1/10 della capacità della batteria

Altra cosa da sapere è che il processo di carica attiva una reazione chimica che immagazzina l'energia, sviluppa i gas che dicavamo, ma sviluppa anche calore. Quando la batteria è completamente carica se continuate a ricaricarla tutta l'energia che fornite diviene calore. Nel caso della batteria al piombo l'acqua internamente bolle e si consuma, nel caso del gel la batteria si rovina irrimediabilmente. Per questo l'alternatore del motore, il raddrizzatore che ricarica in campeggio ed il regolatore dei pannelli solari usano dei circuiti intelligenti che interrompono la carica quando non è più necessaria.

Nelle piccole batterie viene a volte anche indicata la corrente di scarica, cioè la corrente massima di utilizzo. Viene espressa in "c" cio√® in unità di capacità. Ad esempio una batteria con una capacità di 800 mAh con una corrente di scarica di 15c significa che si può scaricare con una corrente massima di 800mAh x 15c = 12000mA = 12A.

Leggere le etichette

Proponiamo alcune foto di etichette con la spiegazione di cosa indicano

Fig 3.1

Queste sono le etichette di due batterie; a sinistra una batteria al piombo e acido usata come batteria servizi in un camper, a destra la batteria di un'utilitaria.
95 AH = 95 amperora, è la capacità della batteria di sinistra, 44Ah quella di destra
12V = 12 volts, è il voltaggio nominale
760A = 760 ampere, è la corrente di spunto della batteria di sinistra, 390A quella di destra
EN = questa sigla indica il tipo di test con il quale è stata calcolata la corrente di spunto

Fig 3.2

Questa scritta compare sul fianco di una batteria del tipo usato per gli antifurti domestici.
Sealed lead-acid battery maintenance-free = batteria sigillata piombo e acido senza manutenzione. Nelle batterie con basse correnti sia di carica che di scarica è possibile sigillare anche le batterie con l'acido oltre che quelle a gel
12V = 12 volts, è il voltaggio nominale
7Ah = 7 amperora, è la capacità della batteria

Fig 3.3

Questa è la batteria di un cellulare.
Rechargeable Li-polymer battery = batteria litio polimeri ricaricabile
900mAh = 900 milli amperora = 0,9 Ah = capacità della batteria
3,7V = 3,7 volts, è il voltaggio nominale
3,3Wh = 3,3 Wattora, è il consumo che la batteria può erogare. E' un valore ridondante perchè si può calcolare dai precedenti, infatti 0,9Ah x 3,7V = 3,33Wh

Fig 3.4

Questa è la batteria di una fotocamera.
+, T, - (in alto): indicano cosa corrispondono i 3 contatti (non visibili) sul lato alto della batteria. Più e meno sono i poli della batteria, mentre T sta per trimmer ed è un terzo contatto utilizzato dal circuito di ricarica per ottenere una ricarica corretta.
Li-ion00 = batteria a ioni-litio
3,7V = 3,7 volts, è il voltaggio nominale
1,1Ah = 1,1 amperora, è la capacità della batteria

Fig 3.5

Alcune batterie ricaricabili Nichel-metallo idruro (Ni-MH), da sinistra verso destra.
1) un pacchetto (battery pack) che alloggia 5 batterie ministilo (AAA) da inserire in una ricetrasmittente al posto di 4 batterie stilo (AA) non ricaricabili. Il voltaggio infatti è 6V (5 x1,2V = 4 x 1,5V), la capacità è 800 mAh.
2 e 3) pile stilo (AA) ricaricabili da 1,2V, la prima da 500mAh (milli ampereora), la seconda da 1300mAh. Quindi ci si deve aspettare che la seconda duri quasi il triplo della prima. Sono anche indicate su entrambi le modalità consigliate per la ricarica lenta e per quella veloce. Ad esempio per la seconda per la ricarica standard occorrono 14 ore a 130mA, per la veloce 2,5 ore a 650mA. Facendo un calcolo nel primo caso si ottiene una capacità di 14h x 130mA = 1820mAh, nel secondo 2,5h x 650mA = 1625mAh. Queste capacità sono superiori a quella dichiarata (1300mAh) in quanto nella realtà il processo di ricarica disperde parte dell'energia in calore.
4 e 5) anche queste sono pile stilo AA da 1,2V al Nichel metallo idruro (MIMH) con capacità di 2000 mAh. Nella seconda è specificata la corrente massima di ricarica espressa in c. 2000mAh x 1/10c = 200mA

P.S.
Alcune compagnie aeree pongono dei divieti e dei limiti nel trasporto di batterie nel bagaglio a mano e nel bagaglio registrato. La regola generale, per evitare corto circuiti, è che le batterie devono essere inserite nell'apparecchio, oppure avere una protezione sui contatti. Le regole comunque variano a seconda della potenza della batteria, misurata in wattore Wh, e del tipo di batteria. Per calcolare i Wh di una batteria basta usare la formula W = V x A ovvero Wh = V x Ah. Riportiamo di seguito il calcolo per le batterie delle foto precedenti:
fig. 3.1: 12V x 95Ah = 1140 Wh a sinistra, 12V x 44Ah = 528Wh a destra
fig. 3.2: 12V x 7Ah = 84 Wh
fig. 3.3: 3,7V x 900mAh = 3,33 Wh
fig. 3.4: 3,7V x 1,1Ah = 4 Wh
fig. 3.5: 1) 6V x 800mAh - 2) 1,2V x 500mAh = 0,6 Wh - 3) 1,2V x 1300mAh = 1,5 Wh - 4) e 5) 1,2V x 2000mAh = 2,4Wh

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Elettricità e consumi elettrici: indice delle pagine

  1. Grandezze elettriche
  2. Dimensione dei cavi
  3. Accumulatori e batterie
  4. Inverter ed alimentatori
  5. Pannelli solari
  6. Illuminazione
  7. Calcolare il consumo elettrico

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