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Caricabatterie

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Questa unità carica le batterie fino a che non raggiungono una specifica tensione, dopodiché applica una carica di compensazione fino a che le batterie non vengono rimosse

Un caricabatterie è un dispositivo utilizzato per fornire energia a una cella secondaria (o batteria) ricaricabile forzando una corrente elettrica attraverso la stessa.

La carica di corrente dipende dalla tecnologia e dalla capacità della batteria che viene ricaricata. Ad esempio, la corrente che deve essere applicata per ricaricare una batteria d'automobile da 12 V è molto diversa da quella necessaria per la ricarica di una batteria per cellulare.

La tensione (e la corrente) necessarie per la ricarica delle batterie sono di tipo continuo (DC).

Tipi di caricabatterie[modifica | modifica wikitesto]

Semplice[modifica | modifica wikitesto]

Un semplice caricabatterie equivalente a un adattatore AC/DC da parete. Applica costantemente 300mA alle batterie. Se lasciate connesse troppo a lungo, si possono danneggiare

Un caricabatterie di questa tipologia, ossia un alimentatore stabilizzato di bassa potenza,lavora erogando una determinata intensita di corrente continua alla batteria in carica.

La semplicità di questa procedura implica un basso costo di acquisto, ma vi è un compromesso in termini di qualità. Tipicamente, un semplice caricabatterie richiede più tempo di ricarica (bassa intensita di corrente erogata) per evitare effetti di sovraccarica. Nonostante ciò, una batteria lasciata ricaricare troppo tempo risulterà indebolita (o addirittura distrutta) a causa dell'eccessiva carica, quindi sarebbe necessario rispettare i tempi previsti, che dovrebbero essere monitorati. Questi caricabatterie forniscono una tensione e una corrente costante alla batteria.

Trickle[modifica | modifica wikitesto]

Un caricabatterie Trickle ricarica la batteria lentamente, alla velocità di auto-scarica. È il più lento tra i vari tipi di caricabatterie. Una batteria può essere lasciata in un caricabatterie trickle a tempo indeterminato. Lasciando una batteria in un caricabatterie trickle, esso la riporterà gradualmente alla carica massima senza andare in sovraccarica.

Caricabatteria a timer[modifica | modifica wikitesto]

L'output di un caricabatterie a timer è costante, ma termina dopo un tempo predeterminato. I caricabatterie a timer, alla fine degli anni novanta, erano il tipo più comune per le batterie NiCd ad alta capacità (mentre le batterie NiCd a bassa capacità di consumo venivano tipicamente caricate con un caricabatterie semplice). I caricabatterie a timer possono spesso essere acquistati con una serie di batterie in un unico pacchetto. Con l'evoluzione della tecnologia, tendente ad aumentare la capacità di anno in anno, un vecchio caricabatterie a timer può essere in grado di caricare solo in parte le nuove batterie. I caricabatterie a timer presentavano anche l'inconveniente che caricando batterie non completamente scariche queste risultavano poi sovraccaricate, in quanto non vi è modo di rilevare lo stato di carica: anche se la batteria era carica, continuava a ricevere erogazione di corrente, perché il tempo cronometrato dall'apparecchio non era ancora scaduto.

Intelligente[modifica | modifica wikitesto]

La corrente di uscita dipende dallo stato della batteria. Un caricabatterie intelligente può monitorare la tensione della batteria, la temperatura e/o il tempo sotto carica per determinare la corrente di carica ottimale in quel momento. La carica termina quando la combinazione di tensione, temperatura e/o tempo rilevata lascia presumere che la batteria sia completamente carica.

Per batterie NiCd e NiMH, la tensione aumenta lentamente mentre la batteria è in carica, fino a quando è stata quasi completamente ricaricata. A quel punto la tensione diminuisce fino a che la batteria è stata ricaricata completamente. Tali caricabatterie sono spesso indicati come ∆V, o caricabatterie “delta-V” perché monitorano il cambiamento della tensione.

Il problema è che la magnitudine dei caricabatterie “delta-V” può ridursi molto, o addirittura azzerarsi, se vengono ricaricate batterie ricaricabili a capacità molto alta. Questo può far sì che anche un caricabatterie intelligente non avverta che le batterie sono già del tutto cariche e continui a caricare. Questo potrebbe tradursi in un caricamento eccessivo delle batterie. Tuttavia, molti caricabatterie cosiddetti intelligenti usano una combinazione di sistemi, che nella maggior parte dei casi dovrebbero prevenire un caricamento eccessivo.

Un tipico caricabatterie intelligente ricarica una batteria fino all'85% circa della sua capacità massima in tempi brevi, solitamente anche meno di un'ora, e poi passa a un caricamento di compensazione, impiegando anche diverse ore per caricare la batteria fino alla capacità massima.

Veloce[modifica | modifica wikitesto]

I caricabatterie veloci utilizzano i circuiti di controllo delle batterie per ricaricarle rapidamente senza danneggiarne gli elementi. Alcuni hanno una ventola di raffreddamento che aiuta a tenere la temperatura delle batterie sotto controllo. Possono anche comportarsi come caricabatterie standard, se usati con normali batterie NiMH che non hanno circuiti speciali di controllo. Alcuni caricabatterie veloci, come quelli prodotti da Duracell, possono ricaricare velocemente qualsiasi batteria NiMH, anche se non hanno circuiti di controllo.

A impulsi[modifica | modifica wikitesto]

Alcuni caricabatterie utilizzano la tecnologia a impulsi, nella quale alla batteria viene dato un impulso a corrente pseudo continua che ha un tempo di salita, un'altezza, un tasso di ripetizione (frequenza) e ampiezza strettamente controllati. Questa tecnologia funziona con qualsiasi dimensione, tensione, capacità o chimica delle batterie, incluse le batterie delle automobili e quelle regolate con valvole. Con il caricamento ad impulsi, si possono applicare alte tensioni istantanee senza surriscaldare la batteria. Sono stati brevettati diversi tipi di caricabatterie ad impulsi, mentre altri sono “open source”. Alcuni caricabatterie utilizzano impulsi per verificare lo stato iniziale della batteria non appena viene collegato il caricabatterie, poi utilizzano la corrente continua durante il caricamento veloce e utilizzano gli impulsi per terminare il caricamento e/o mantenere la carica. Alcuni caricabatterie utilizzano “impulsi a carica negativa”, anche chiamato "caricamento reflex" o "carica d'inversione". Tali caricabatterie utilizzano sia impulsi di corrente positiva che brevi impulsi negativi.

Switch[modifica | modifica wikitesto]

I caricabatteria più moderni per le batterie a piombo/acido utilizzano la tecnologia Switch, ovvero modificano la frequenza della tensione e corrente alternata di ingresso tramite l'azione di un microprocessore, per ottenere una corrente in uscita continua e con bassissima ondulazione. Questo permette di caricare in modo molto efficiente anche le batterie al piombo tecnologicamente più evolute, come le AGM (Absorbed Glass Matt) o al GEL e con celle a spirale. Queste batterie infatti necessitano di ricariche molto accurate per evitare la perdita della frazione liquida in caso di eccessivo riscaldamento, in quanto i rabbocchi non sono tecnicamente possibili. La presenza di microprocessori più o meno evoluti consente l'adozione di profili di ricarica a corrente/voltaggio costante a più stadi (generalmente da quattro a otto), e di fasi particolari quali la desolfatazione, il test di caduta di tensione, il mantenimento di un lungo periodo in corrente pulsata e altro a seconda del costruttore e delle specifiche esigenze. La fase di mantenimento pulsato permette in particolare di lasciare attaccata la batteria per un periodo lunghissimo senza soffrire delle problematiche del metodo "trickle" o "tampone", che nelle batterie al piombo di ultima generazione può rapidamente portare all'evaporazione del liquido e al conseguente danneggiamento delle piastre.

Caricabatterie portatile autoalimentato[modifica | modifica wikitesto]

Un caricabatterie portatile autoalimentato, automunito di cavetto di carica e relativo adattatore

I caricabatterie portatili autoalimentati conosciuti come Power-Bank, funzionano grazie ad una batteria interna, la loro produzione ha visto un incremento con la progressiva diffusione di smartphone, in particolar modo con i modelli più sottili e prestanti che sacrificano l'autonomia per favorire il profilo sempre più sottile del telefono, tali dispositivi possono essere o meno muniti di cavetto di ricarica integrato e possono gestire in modo più o meno differente la carica e tensione di carica.

A induzione (wireless)[modifica | modifica wikitesto]

I caricabatterie a induzione utilizzano l'induzione elettromagnetica per caricare le batterie. Una stazione di caricamento manda energia elettromagnetica attraverso un accoppiamento induttivo a un dispositivo elettrico che va a conservare l'energia nelle batterie. Questo accade senza bisogno di contatto metallico tra il caricabatterie e la batteria. Si usa comunemente con gli spazzolini elettrici ed altri dispositivi usati in bagno. Poiché non ci sono contatti elettrici aperti il rischio di folgorazione connesso al suo utilizzo è quasi del tutto assente.

Questo sistema nel terzo millennio ha cominciato a prendere piede anche nei prodotti informatici, di cui tra i primi fu il Palm Pre[1].

Lo svantaggio di un sistema wireless è dato dalla ridotta efficienza e l'ecosostenibilità, dato che è stato studiato e analizzato in diversi modi, anche contraddittori[2].

Caricabatterie USB[modifica | modifica wikitesto]

Un caricabatterie USB è in grado di caricare gli accumulatori tramite un collegamento USB, utilizzando la carica di altre batterie o collegandosi ad una presa elettrica o alla presa.

Da quando il collegamento Universal Serial Bus fornisce una tensione elettrica di cinque volt, è possibile utilizzare un cavo USB come fonte di energia per ricaricare le batterie. I prodotti basati su questa idea includono caricabatterie per cellulari e lettori audio portatili.

Caricabatterie solare[modifica | modifica wikitesto]

I caricabatterie solari si servono dell'energia solare e generalmente sono portatili. La maggior parte dei caricabatterie portatili possono ottenere energia esclusivamente dal sole. Vengono vendute anche turbine eoliche portatili. Alcuni, tra cui la Kinesis K3, possono funzionare in entrambi i casi.

Indice di carica[modifica | modifica wikitesto]

È spesso indicato con C ed è uguale ad una carica o scarica pari alla capacità di una batteria diviso per 1 ora. Ad esempio, una batteria con C 1600 mAh, corrisponde a 1600 mA (o 1,6 Ampere) erogati per un'ora.

Applicazioni[modifica | modifica wikitesto]

Dato che un caricabatterie è destinato ad essere collegato ad una batteria, è possibile che non si abbiano regolazione di tensione o filtraggio della tensione DC di uscita. Caricabatterie dotati di entrambe le regolazioni di tensione e di un sistema di filtraggio possono essere identificati come alimentatori stabilizzati.

Caricabatterie per telefoni cellulari[modifica | modifica wikitesto]

Magnifying glass icon mgx2.svgLo stesso argomento in dettaglio: Universal Serial Bus § Caricabatterie universale per cellulari.

La maggior parte dei caricabatterie per telefoni cellulari non sono realmente caricabatterie, ma solo adattatori che forniscono una fonte di alimentazione per il circuito di carica, che è quasi sempre contenuto all'interno del telefono cellulare. I telefoni cellulari di solito possono accettare una vasta gamma di tensioni, a patto che siano sufficientemente al di sopra della tensione della batteria del telefono. Tuttavia, se tale valore è troppo alto, può danneggiare il telefono.

I caricabatterie per telefoni cellulari e altri dispositivi sono noti in quanto sono disponibili in una vasta gamma di tensioni e tipi di connettori a corrente continua, la maggior parte dei quali non compatibili con quelli di altri produttori di telefoni o anche con altri modelli di telefoni cellulari provenienti da uno stesso produttore.

Gli utenti delle stazioni di ricarica, accessibili al pubblico, devono essere in grado di incrociare riferimenti con dispositivi di marche/modelli e singoli parametri di carica e quindi garantire la consegna della corretta carica per il loro dispositivo mobile. Un sistema su database è una delle soluzioni, ed è integrato in alcuni dei più recenti modelli di stazioni di ricarica.

Ci sono anche caricabatterie motorizzati a mano venduti sul mercato, che tipicamente consistono in una dinamo alimentata da una manovella e prolunghe. Esistono anche caricabatterie solari. La Cina e altri paesi stanno sviluppando una normativa standard nazionale sui caricabatteria per cellulari utilizzando lo standard Micro-USB.

Caricabatterie per i veicoli[modifica | modifica wikitesto]

Ce ne sono di due tipi:

  • Per ricaricare la batteria di avviamento di un veicolo a propulsione endotermica, generalmente al piombo/acido
  • Per ricaricare la batteria di un veicolo elettrico (VE).

Batterie per veicoli elettrici[modifica | modifica wikitesto]

Tali veicoli includono una batteria ricaricabile, e generalmente utilizzano una serie di caricabatterie. Una batteria da 10 Ampere-ora potrebbe richiedere 15 ore per giungere ad uno stato di completa carica da uno stato di completa scarica con un caricabatterie a 1 Ampere in quanto richiederebbe circa 1,5 volte la capacità della batteria. Le stazioni VE di carica pubblica forniscono 6 kW (potenza da 208 a 240 VCA fuori di un circuito di 40 Ampere). Con 6 kW si ricarica un VE circa 6 volte più velocemente che con 1 kW di ricarica durante la notte.

La ricarica rapida può avvenire anche più velocemente: è limitata solo dal numero degli alimentatori AC e dal tipo di sistema di ricarica.

A bordo, il caricabatterie dei VE (cambio di alimentazione AC a DC per ricaricare la batteria del VE) può essere:

  • Isolato: non fanno alcun collegamento fisico tra la A/C elettrica di alimentazione e le batterie in carica. Questi di solito impiegano una qualche forma di carica ad induzione. Alcuni caricabatterie possono essere utilizzati in parallelo. Ciò consente una maggiore crescita della carica attuale e riduce il numero di volte di ricarica.
  • Non isolato: il caricabatterie ha un collegamento elettrico diretto di sbocco del cablaggio A/C.

I caricabatterie non isolati non possono esser utilizzati in parallelo. I caricabatterie con Correttore del Fattore di Potenza (CFP) si avvicinano di più alla massima corrente che può essere erogata e abbreviano i tempi di ricarica.

Stazioni di ricarica[modifica | modifica wikitesto]

Vi è un elenco pubblico di stazioni di ricarica di Veicoli Elettrici negli Stati Uniti. Il progetto "Un luogo migliore" è l'implementazione di una rete di stazioni di ricarica. Sovvenziona anche l'acquisto delle batterie dei veicoli attraverso leasing e crediti.

Ricarica wireless[modifica | modifica wikitesto]

Bosch nel giugno 2013 presentò un dispositivo di ricarica senza fili compatibile per le auto Nissan Leaf e Chevrolet Volt[3]

Prolungare la vita della batteria[modifica | modifica wikitesto]

Un corto circuito (che collega insieme i terminali di uscita) di solito non danneggia un caricabatterie. Per questo motivo, costituisce un'adeguata fonte di tensione a corrente continua per la sperimentazione. Può, tuttavia, richiedere di collegare un condensatore esterno attraverso i suoi terminali di uscita al fine di “regolare” sufficientemente la tensione, che può essere pensato come una tensione a corrente continua con una tensione più lento aggiunto ad esso. Per vedere la differenza tra connettere e non connettere un condensatore, si può collegare anche un oscilloscopio tra i due terminali. Si può collegare una resistenza interna per limitare la corrente di corto circuito, e il valore di tale resistenza deve essere presa in considerazione negli esperimenti.

D'altro canto, circolano molte voci sulle migliori pratiche per prolungare la durata della batteria. Quali siano le migliori dipende dal tipo di batteria[senza fonte]. Si dice[senza fonte] che le batterie a base di nichel, come ad esempio NiMH e NiCd, devono essere scaricate completamente prima di ogni ricarica, altrimenti la batteria perde capacità nel corso del tempo in un fenomeno noto come “effetto memoria”. Tuttavia, questo è solo parzialmente corretto: le cellule in lega di nichel possono essere caricate in qualsiasi momento del loro ciclo di scarica - non devono essere completamente scariche[senza fonte]. L'effetto memoria dovrebbe invece essere evitato scaricando completamente la batteria una volta al mese (una volta ogni 30 ricariche). Questo estende la durata della batteria in quanto l'effetto memoria è impedito evitando cicli di carica completa, che sono noti[senza fonte] per essere dannosi su tutti i tipi di batterie a secco, possono determinare una diminuzione permanente della capacità della batteria. La maggior parte dei moderni telefoni cellulari, computer portatili, e la maggior parte dei veicoli elettrici utilizzano le batterie allo ione di litio. Contrariamente ad alcune raccomandazioni, queste batterie effettivamente durano più lungo se la batteria non è completamente carica; il loro caricamento o scaricamento completo degradano la loro capacità in tempi relativamente brevi[senza fonte]. La degradazione avviene più rapidamente a temperature più alte. Le batterie al litio, degradano di più durante la completa ricarica se sono solo al 40% della carica. Le condizioni di alta temperatura combinate con la piena carica sono esattamente lo scenario che si verifica quando un computer portatile funziona con il cavo di alimentazione a corrente alternata. La degradazione delle batterie al litio-ione è causata da un aumento della resistenza interna della batteria a causa dell'ossidazione della stessa che riduce l'efficienza della batteria.

Nei veicoli a motore, come ad esempio barche, camper, moto, auto e camion, vengono universalmente impiegati, grazie al loro basso costo, principalmente gli accumulatori al piombo-acido (PbO al polo +, Pb al polo - ed acido solforico diluito H2SO4 come elettrolita).

Questi utilizzano come elettrolita l'acido solforico diluito (H2SO4 ad 1.28 kg/dm³ quando completamente carica, a 15 °C) e generalmente possono essere caricate e scaricate senza manifestare l'effetto memoria, sebbene abbiano altre limitazioni legate al peso, ingombro (o bassa energia specifica), a limiti nell'uso alle basse temperature (minori a circa -15 °C) ed alla problematica della solfatazione, intendendo con tale termine la naturale reazione chimica conseguente al processo di scarica per cui sulle piastre si deposita all'inizio una finissima polvere bianca di PbSO4 (con diluizione dell'elettrolita) ma che puo` accrescersi considerevolmente se l'accumulatore viene scaricato a fondo o lo si lasci in tale stato per lungo tempo.

In tali circostanze di scarica profonda o mantenimento del tasso di capacita` residua inferiore all'80% circa rispetto alla nominale per tempi prolungati, si da` tempo ai cristalli di accrescersi considerevolmente: questo spesso comporta un danneggiamento per deformazione meccanica degli isolatori e delle piastre sottili realizzate in piombo spugnoso ed alla difficolta` di riportare in soluzione i cristalli di PbSO4 cosi` accresciuti, poco conduttori e solubili in acqua, per riottenere l'acido solforico iniziale a batteria completamente carica, causando una perdita permanente della capacita` dell'accumulatore (attenzione: la perdita di capacita` permanente ad ogni ciclo di carica/scarica è un effetto fisico sempre presente, poiché tali processi non sono mai completamente reversibili al 100%; nei casi di solfatazione il tasso di danneggiamento e/o perdita della capacita` è di diversi ordini di grandezza più elevato rispetto ai casi di corretto utilizzo dell'accumulatore, ovverosia l'accumulatore viene impiegato in condizioni anomale d'esercizio in cui non dovrebbe mai operare!).

Pertano questa famiglia di accumulatori richiede:

  1. uno scrupoloso controllo del livello e densita` dell'elettrolita quando la batteria è perfettamente carica, operazioni fondamentali per prevenire l'aumento di concentrazione per evaporazione o l'esposizione delle piastre all'aria;
  2. un mantenimento dello stato di carica dell'accumulatore il più possibile vicino al 90-100% (densita` dell'elettrolita intorno ad 1.27~1.28 kg/dm³), quando non utilizzato per tempi prolungati (1-3 mesi, se l'acido e` a contatto con le piastre, ovvero se la batteria è stata attivata) e stoccaggio a temperature tra i 10~15 °C;
  3. un tasso d'utilizzo dell'accumulatore che, preferibilmente, non scenda sotto l'80% circa della sua capacita` nominale (nuovo, a 15~20 °C), ovvero limitare il più possibile scariche profonde e per tempi prolungati: qualora cio` non sia evitabile, al fine di ridurre il più possibile il danneggiamento delle piastre (sempre presente, anche se d'entita` variabile!) è consigliabile effettuare la successiva ricarica il prima possibile, con basse correnti di ricarica per tempi prolungati ed a temperature intorno i 20 °C;
  4. un'accurata pulizia esterna dei tappi/tenute, dei due poli e con isolamento/preservazione dei contatti (poli + e -) con grassi neutri di vasellina.

Per tutti quegli accumulatori che hanno riportato un danneggiamento permantente interno delle piastre (specialmente delle positive, più delicate perché in PbO) con perforazione delle membrane d'isolamento tra le piastre e/o perdita del materiale attivo delle stesse, oppure per consistente 'solfatazione', non rimane che la sostituzione con analogo di pari caratteristiche.

L'operazione di recupero di un accumulatore dalla solfatazione (o desolfatazione), al di la` di possibili e fattibili metodiche attuabili, nella realta` e` sempre un processo lungo, paziente e che non ridara` mai la capacita` perduta a seguito di esso: consentira`, nei casi più fortuiti, di allungare un po` la vita dell'accumulatore ma che non potra` essere più considerato affidabile nel lungo periodo, specialmente sotto l'ottica del tasso di autoscarica e di erogazione dei picchi di corrente nel brevissimo periodo.

Questi dispositivi non sono concepiti per operare in condizioni di rilevante stato di parziale scarica/solfatazione: è una situazione da evitare sempre il più possibile e la prevenzione ed il corretto dimensionamento (capacita` in funzione dei carichi) rivestono l'unica possiblile strada per garantire un accettabile tasso d'affidabilita` dell'accumulatore e renderlo idoneo ad erogare le correnti di spunto previste.

In conclusione, un buon utilizzo degli accumulatori al piombo acido non potra` mai prescindere da un attento uso/manutenzione dello stesso e dall'impiego di un ottimo caricabatterie, specialmente negli ultimi 15-20 anni in cui la famiglia di queste celle chimiche è diventata più variegata a seconda degli impieghi ed in cui le tendenze costruttive sono andate nella direzione di aumentare le capacita` e correnti di spunto, a parita` d'ingombri, in molti casi addirittura riducendo il peso delle piastre diminuendone lo spessore: questo ha avuto come ovvia conseguenza quella di creare accumulatori più efficienti, ma costosi, delicati e con un tempo medio di vita che e` calato dai 12-15 anni di 4-5 lustri fa`, agli attuali 3-5 anni, con un forte impatto sui costi di riciclaggio/energetici (introiti per aziende e stati) e d'acquisto per l'utente finale.

Note[modifica | modifica wikitesto]

2. CTEK - Perché caricare una batteria

Voci correlate[modifica | modifica wikitesto]

Altri progetti[modifica | modifica wikitesto]