La tensione nominale :
e' il "voltaggio" che possiamo misurare ai capi di una batteria carica a vuoto, cioe' senza carichi che assorbano corrente. Di solito e' 6, 12, 24V
La capacità nominale:
e la "quantita' di energia" che la batteria e' in grado di accumulare. Viene misurata in AmpereOra (abbreviato Ah) su una scarica di 10 ore. Ad esempio: una batteria da 120 Ah puo' erogare 12 ampere per 10 ore. Se viene utilizzata con una corrente maggiore la capacita' si riduce a causa delle perdite interne. Se dalla batteria di prima preleviamo 120A si scarichera' in 15-20 minuti anziche' una ora. Per correnti vicine a quella nominale o inferiori si puo' fare il calcolo direttamente. Ad esempio: ho un frigorifero che assorbe 4 A , la batteria e' da 120 A , in teoria, se la batteria e' completamente carica, posso lasciare il frigo collegato 30 ore (30 x 4 = 120)Ovviamente dopo 30 ore avro' la batteria completamente scarica!!!!
Prima attivazione :
le batterie sono vendute precaricate e in uno stato chimicamente quasi inattivo. Ogni costruttore usa le sue tecniche per evitare i problemi legati ad un periodo di stoccaggio che può anche essere abbastanza lungo. Si eviti, comunque di acquistare una batteria costruita da più di tre/sei mesi. Anche se i costruttori indicano la batteria come ‘pronta all’uso’ è buona norma diffidare, almeno per le batterie importanti come quelle usate sui camper per i servizi , di questo cattivo consiglio. A meno che la batteria non sia stata costruita il giorno prima o quasi sarà di fondamentale importanza per la durata della batteria stessa un profondo ciclo di ricarica, a bassa corrente, che riporti la batteria al 100% della carica prima di un qualunque tentativo di uso che la scarichi. In caso diverso potrebbe generarsi un effetto memoria che ci lascerà per sempre una batteria con un limite di carica inferiore al massimo di targa.
La ricarica :
Per fornire energia una batteria deve essere costantemente ricaricata attraverso una sorgente di corrente elettrica. La sorgente non dovrebbe mai fornire una corrente superiore al 10% della capacità in Ah della batteria stessa. Ad esempio una batteria da 80Ah non dovrebbe essere ricaricata ad un rate superiore di 8/10 A evitare danni. In campo automobilistico esistono dei carica batterie, detti rapidi, in grado di fornire correnti talvolta addirittura superiori a quella di targa della batteria. È il miglior modo per danneggiare irrimediabilmente una batteria, magari nuova, e comunque abbreviarne di molto la vita. Un processo di carica violento può infatti surriscaldare le piastre fino a distorcerle, danneggiare i collegamenti interni, indurre processi elettrochimici violenti, tutte cose deleterie per la batteria. Un discorso a parte va fatto per la tensione di carica che dipende dal tipo di batteria dal tipo di impiego e dalla temperatura a cui è eseguita la carica. Tipicamente una batteria al piombo richiede una tensione di carica di circa 2.3 V per elemento (13.56 V per una batteria da 12V).Questa tensione varia però con il tipo di piastre di 40 o 50 mV (millesimi di volt) e con la temperatura in ragione di 3.9 mV/C°. Inoltre se la carica non è di tipo ‘mantenimento’ ma per uso ciclico, come per esempio la batteria di un motore, questa tensione deve essere aumentata fino anche a 2.5 V elemento (15V per batteria). Occorre ricordarsi però che a questa tensione la carica deve essere ciclica come il processo di scarica. Apparentemente può sembrare marginale parlare di mV per una batteria ma invece, essendo un processo elettrochimico, anche 10 mV possono alla lunga risultare fondamentali. Allo stato attuale ci sono caricabatterie elettronici in grado di provvedere autonomamente ai bisogni della batteria senza bisogno di interventi esterni. Questi apparecchi possono, se specificato in chiaro dal costruttore, essere lasciati collegati alla batteria per un tempo indefinito garantendo quindi una lunga vita alla batteria stessa. Verso il termine della carica nella batteria il liquido (l’acqua in questo caso) inizia a scomporsi in idrogeno e ossigeno e a ricomporsi se la carica è eseguita a basso amperaggio. Le batterie sigillate, solo se la carica è moderata, non perderanno l’acqua delle celle mentre le comuni batterie aperte tenderanno a rilasciare nell’ambiente parte di questi gas. Ecco perché è richiesto il controllo del livello dell’elettrolito dopo ogni carica e comunque almeno una volta il mese.
Un problema, divenuto famoso solo ultimamente, è la capacità di carica non uguale delle celle, per cui è richiesta una carica equalizzata. In pratica si è notato che gli elementi non sono tutti uguali e la loro tensione di carica varia da uno all'altro di qualche decina di mV. Sembra poco ma nel tempo questa differenza di soglia porta alla solfatazione degli elementi con soglia più alta e la capacità della batteria si abbassa enormemente. Per evitare questo problema esistono carica batteria equalizzati che, molto semplicemente alzano il livello di tensione di carica ogni tanto sovraccaricando leggermente alcune celle e ricaricando a fondo le altre. Se usate spesso il motore per la ricarica questo problema non vi tocca: gli alternatori danno sempre una tensione molto alta e più che sufficiente ad eliminare questo problema.
Usare bene una batteria:
Non farla mai scaricare troppo, infatti si formerebbero reazioni chimiche irreversibili, solfatazione delle piastre) che riducono la capacita' della batteria fino ad annullarla nei casi piu' gravi. Non caricarla mai troppo o troppo rapidamente se non in caso di necessita' (come gia' detto, si produrrebbero "ebollizioni" (pericolo) e calerebbe il livello dell'elettrolito, con aumento della concentrazione di acido solforico e danneggiamento degli ossidi di piombo (e' comunque sufficiente ripristinare il livello aggiungendo acqua distillata).Non farle erogare mai troppa corrente (salvo l'avviamento che e' inevitabile).Non lasciarla piu' di un mese senza carica (da questo punto di vista il pannello fotovoltaico è molto utile, permettono di compensare ampiamente il fenomeno dall’autoscarica).Non lasciare il livello dell'elettrolito troppo basso: verificare di tanto in tanto che il livello del liquido sia normale ed in ogni caso che copra gli elementi al piombo: la porzione scoperta si solfata rapidamente.
L’auto scarica :
Una batteria non in uso sì auto scarica a causa delle perdite, di vario tipo, che si generano. La velocità di questo processo è molto variabile e comunque legata al tipo di batteria e alla temperatura. Ad esempio le batterie Pb-Ca (piombo-calcio), a temperatura ambiente completamente disconnesse e con umidità ambiente normale, si scaricano di circa lo 0.1 / 0.3% il giorno, mentre una tradizionale batteria al piombo arriva a perdere l’1% di carica nello stesso periodo. Aumentando la temperatura l’effetto di scarica aumenta: ad esempio, passando da 24 C° a 35 C° la corrente di auto scarica raddoppia. A freddo il fenomeno diminuisce fino quasi ad annullarsi vicino alle temperature di congelamento dell’elettrolito. In pratica una batteria deve essere ricaricata ogni 20/40 giorni, per evitare che la sua capacità residua scenda sotto il 60 / 70%, e che la permanenza in questa condizione provochi un inizio di solfatazione.
La rottura meccanica :
Per quanto teoricamente non dovrebbe essere possibile la rottura meccanica delle batterie è una delle cause più frequenti di morte delle stesse. Le batterie, specie se di tipo economico per applicazioni stradali, sono costruite con materiali particolarmente leggeri e delicati. In particolare la giunzione tra le piastre interne è costituita da sottili strisce di metallo che possono, in determinate condizioni incrinarsi o rompersi mettendo la batteria totalmente fuori uso in un attimo. Tutti gli automobilisti hanno subito, prima o poi, un evento del genere e questo è, inconfutabilmente, legato alla cattiva qualità che spesso si ritrova in questi prodotti, anche se di marca. Per evitare almeno in parte la possibilità di una rottura meccanica occorre ancore al meglio la batteria stessa e, possibilmente, farlo in un posto dove urti e vibrazioni siano al livello più basso possibile. Per dare un giudizio di massima, senza pretese di scientificità, sulla capacità di una batteria di reggere agli urti e alle vibrazioni ci si può basare sul peso: a parità di capacità una batteria sarà tanto più robusta quanto è più pesante.
Manutenzione:
le batterie richiedono solo un minimo di manutenzione per essere mantenute in perfetto stato per molto tempo. Le cose da fare sono:mantenere la batteria carica al 100% ricaricandola ogni 2/3 settimane se non utilizzata,controllare mensilmente il livello dell’elettrolito quando possibile (batterie non sigillate),controllare il livello di densità dell’elettrolito per accertarsi che tutto sia regolare,pulire il coperchio e il contenitore se sporchi,controllare i morsetti e ingrassarli se necessario,controllare gli eventuali scarichi della cassa delle batterie se presente.
La batteria sembra non volersi più caricare:
se si tratta di un inizio di solfatazione è possibile tentare di ricaricarla a corrente bassissima per 20-40 ore. La corrente dovrà essere di circa 1/50 di quella di targa della batteria. Il procedimento potrebbe riuscire a ristabilire la circolazione della corrente tra le piastre.
La batteria sembra dare meno tensione del dovuto anche dopo una lunga carica:
potrebbe essere utile rabbocare l’elettrolito con acido puro invece che con acqua distillata. Non esagerare con la quantità e controllare con il densimetro il risultato.
Batteria solfatata:
La causa più comune di morte di una batteria, insieme alla rottura meccanica è la solfatazione delle piastre. Quando la batteria viene scaricata si forma solfato di piombo sulle piastre in forma cristallina. Procedendo nel processo di scarica aumenta la quantità di solfato sulle piastre fino a diventare uno strato biancastro di ‘solfato bianco di piombo’. Procedendo ancora si arriva, oltre a scaricarla del tutto, ad interrompere completamente l’attività elettrochimica nella batteria stessa. In queste condizioni la batteria diviene inutilizzabile e non potrà più essere ricaricata se non ad un livello molto inferiore alla sua capacità nominale. È questo il motivo per cui una batteria al piombo non deve essere mai completamente scaricata pena la distruzione della batteria stessa. Occorre inoltre ricordare che anche scariche parziali, ma prolungate e ripetute nel tempo, danno origine allo stesso fenomeno anche se più lentamente e con esiti meno evidenti. Un’altra causa di morte di una batteria è il livello troppo basso dell’elettrolito. In genere, quando questo avviene è per evaporazione dell’acqua in esso contenuta, e non dell’acido che evapora a temperature ben superiori. In queste condizioni le piastre rimangono scoperte nella parte superiore ossidandosi a causa dell’ossigeno dell’aria e quindi danneggiandosi. Inoltre la parte bassa delle piastre si trova a lavorare in un liquido fortemente più acido del dovuto con possibilità di danneggiamento delle piastre stesse. Questi due fenomeni determinano una caduta, sul fondo della batteria, di materiale conduttivo che può arrivare a cortocircuitare l’elemento stesso della batteria rendendolo inutilizzabile e con lui la batteria stessa.
TIPOLOGIA DELLA BATTERIA
Uso automobilistico :
sono batterie costruite per avere cicli di scarica medi del 5% rispetto alla carica completa. Soffrono se scaricate molto e per molto tempo, pero' sono in grado di fornire elevate correnti di spunto per l'avviamento e sono abbastanza leggere. Di solito sopportano alcune decine (tipicamente 50) cicli di carica/scarica all'80%.
Marina :
sono di solito una via di mezzo tra le batterie cicliche e quelle automobilistiche: sono progettate per cicli di scarica al 50% ed elevate correnti.
Trazione :
sono costruite per cicli medi dell'80% ma con elevate correnti di scarica e alcune centinaia di cicli carica/scarica. (es. quelle dei muletti).
Cicliche :
sono costruite per fornire energia per lungo tempo e poi ricaricate. Il ciclo di scarica media è dell'80%, e reggono da alcune centinaia fino a 1000 cicli di carica/scarica.
Piombo normale :
quelle, per capirci , coi tappini che si svitano per mettere acqua distillata, il tappino è forato per far uscire i gas.
Senza manutenzione o a bassa manutenzione :
sono le batterie standard di oggi. Non esiste piu' il tappo col forellino, anche se e' possibile, trafficando un po', aprire l'elemento, aggiungere acqua distillata e misurane la densita'. Grazie al sistema di chiusura degli elementi, se anche rovesciate per pochi istanti non causano fuoriuscita pericolosa di liquidi.
Stagne speciali :
la soluzione elettrolitica e' incorporata in un gel ed il contenitore e' completamente stagno (c'e' una specie di valvola di sicurezza in caso di forte formazione di gas). Queste batterie non sopportano i sovraccarichi, in quanto le bolle di gas che si formano restano sostanzialmente "imprigionate" nel gel causando una riduzione della superficie di contatto dell'elettrolito con riduzione della capacita' della batteria. Per questo motivo spesso vengono aggiunte apposite sostanze chimiche per assorbire o riconvertire in acqua i gas in modo da renderle più tolleranti ai sovraccarichi. Costano di più ma se trattate bene hanno una durata superiore a quelle normali. Se trattate male invece durano meno.
L’ALTERNATORE
L'alternatore è un generatore che produce corrente elettrica alternata.
È costituito sostanzialmente di due parti: una statica che prende il nome di STATORE ed una dinamica che prende il nome di ROTORE. Per poter generare corrente elettrica, l’alternatore necessita di girare ed, a tale scopo, prende movimento dall'albero a gomiti mediante l'inserimento di due pulegge, una sull'albero ed una sul rotore, collegate da una cinghia di solito a sezione trapezoidale. La corrente elettrica generata dall'alternatore non è immediatamente utilizzabile e viene pertanto raddrizzata mediante un ponte a diodi ed inviata alla batteria. Qui,una volta immagazzinata, l’energia prodotta è resa disponibile per le necessità di avviamento del mezzo in primis al momento dell’utilizzo.
L’ENERGIA ELETTRICA
È noto che l'energia elettrica è caratterizzata da due valori: l'intensità di corrente (Ampère) e la tensione (Volt).Al fine di caricare in maniera soddisfacente la batteria, non è sufficiente che l'alternatore sia in grado di erogare l'intensità occorrente ma è anche necessario che la tensione sia sufficientemente alta da consentire l'immissione della corrente entro la batteria; e non solo quando questa è scarica, ma anche fino alla completa ricarica.
In caso contrario la batteria resterà scarica sia pure parzialmente, ma sempre con pregiudizio della sua efficienza. Per contro, se il valore della tensione è troppo elevato si ha un'eccessiva carica della batteria (sovraccarica) con dannose irreparabili conseguenze per la sua durata. Premesso che, se la batteria consuma molta acqua, si può ritenere che la tensione sia troppo alta, e che invece, se la batteria tende a scaricarsi, è molto probabile che la tensione del regolatore sia troppo bassa .
IL VOLTOMETRO
Serve per controllare il voltaggio delle batterie, ma non sempre è utile per conoscerne lo stato di carica. Una batteria che arriva a 11 Volt sicuramente è scarica, ma una che segna 12 Volt non significa che sia sicuramente affidabile. Potrebbe ad esempio far funzionare le luci, ma non farcela ad avviare il motore. Per conoscere con esattezza lo stato di carica della batteria il controllo più sicuro può essere fatto soltanto misurando la densità dell'acido negli elementi. Controllo che si effettua con il densimetro (segue). La vera utilità del Voltmetro è rappresentata dalla possibilità di poter controllare l'efficienza del regolatore di tensione .
L’AMPEROMETRO
Indispensabile per sapere se l'alternatore funziona regolarmente, questo strumento è utile anche per conoscere in modo empirico lo stato di carica delle batterie, almeno per quelle comprese tra i 100 e i 150 Ampère (per potenze maggiori o minori i comportamenti potrebbero essere diversi).
Quando la batteria viene caricata dall'alternatore se la lancetta dell'Amperometro rimane per molto tempo su valori elevati (oltre i 10 Ampère) significa che la batteria è molto scarica, se invece l'ago scende dopo pochi minuti sotto i 10 Ampère vuol dire che la batteria ha una buona riserva di carica.
Questo dato ci permette di poter anche valutare, almeno per le batterie con capacità tra i 100 e i 150 Ampère, quanto tempo dobbiamo tenere acceso il motore per la ricarica delle batterie stesse.
Controllo rapido della tensione di regolazione di un impianto :
Per eseguire questo controllo interviene l'utilità del Voltmetro che abbiamo installato sul nostro quadro elettrico che, anche per questa ragione, deve essere preciso e di scala piuttosto ampia per leggere i decimi di Volt. Per avere una misura piuttosto precisa è necessario che la batteria si trovi in buono stato di carica (misurare col densimetro la densità dell'acido che deve essere superiore a 1.250 = 29 gradi Bé, a 25° di temperatura dell'elettrolito). Per effettuare il controllo mettete tutti gli interruttori del quadro in posizione off. È necessario infatti che non vi sia alcun carico elettrico in funzione. Accendere il motore e farlo funzionare per alcuni minuti a regime piuttosto elevato per stabilizzare la tensione della batteria. Leggere quindi i Volt segnati dal Voltmetro: se il valore misurato è compreso tra i Volt 14 e 14,5 la taratura del regolatore può essere ritenuta normale. Se invece avremo un valore più basso di 14 o più alto di 14,8 allora bisognerà far tarare o sostituire il regolatore di tensione. La lettura è precisa solo se il nostro Voltmetro è collegato direttamente alla batteria, altrimenti ci possono essere cadute di tensione che falserebbero i valori di lettura. Controllare anche che la cinghia dell'alternatore non sia allentata. Molto spesso questo banale inconveniente impedisce all'alternatore di caricare sufficientemente la batteria. Questi controlli è bene eseguirli anche all'atto dell'installazione di una nuova batteria, per evitare che venga messa fuori uso in poco tempo dal cattivo funzionamento del regolatore di tensione.
Come scegliere Voltometro e Amperometro:
Per la scelta del Voltmetro e dell'Amperometro consiglio strumenti precisi e con scala di lettura molto ampia. Sconsigliati quindi la maggior parte dei Voltmetri e Amperometri in uso sui quadri di serie o montati in un secondo momento. Bisognerà rivolgersi a un buon negozio di elettrotecnica.
Come calcolare l’amperaggio :
visto che molti accessori non riportano gli Amper ma solo i Watt o viceversa, con una semplice formula è possibile ricavare il dato mancante. Gli Ampère si ottengono dividendo i Watt per i Volt, mentre i Watt moltiplicando gli Ampère per i Volt (Esempio: se un accessorio elettrico ha una potenza di 100 Watt a 12 Volt il suo amperaggio è di 8,33 Ampère, infatti 100:12=8,33, mentre se assorbe 8,33 Ampère la sua potenza sarà di 100 Watt, infatti 8,33x12=100). Una volta ottenuto il dato è preferibile arrotondarlo aumentandolo al valore immediatamente più prossimo. Questo per via della caduta di tensione che avviene tra il cavo e l'utenza. Nel nostro esempio dovremo mettere un fusibile da 10 Amper,
IL DENSIMETRO
Per capire lo stato di carica.
Si puo’ ricavare dalla densita' dell'elettrolito (cioe' della soluzione di acido solforico e acqua) secondo la tabella seguente:
Gradi Baume' o be' Densita' Stato di carica
33 1,300 massima
31 1,275 alta
28 1,245 3/4 di carica
25 1,215 1/2 di carica
22 1,180 1/4 di carica
15 1,120 scarica completa
La densita' si misura con un apposito strumento che contiene un "galleggiante" graduato. Piu' l'elettrolito e' denso, piu' il "galleggiante", per il principio di archimende, emerge. Esistono densimetri commerciali molto economici adatti allo scopo. E' utile, se si fa la misura, controllare tutti gli elementi per verificare che siano tutti allo stesso livello di carica.
Se invece notate che la tensione scende al di sotto degli 1,9 V per elemento quindi 11,4 V per una batteria da 12, (escluso il momento dell'avviamento, dove puo' scendere per qualche istante anche a 6V ) occorre ricaricare al piu’ presto. La batteria e' scarica e siamo in zona solfatazione. Se invece siamo sicuri che la batteria e' sufficientemente carica oppure e' stata ricaricata da poco, allora significa che un elemento ci sta dicendo “ addio “ in tal caso sostituirei la batteria appena possibile.
