tecnico

Le batterie ECM (Enhanced Cycling Mat – a elevato ciclaggio con separatori in polietilene) sono caratterizzate da una struttura con piastre al piombo-calcio espanso a griglie piatte verticali racchiuse in buste e separatori di polietilene imbevuti di soluzione elettrolitica. Il corpo batteria è con doppio coperchio termosaldato a labirinto per il recupero dell’acqua. Un po’ meno prestazionali delle AGM per quanto riguarda i flussi di corrente negli avviamenti a freddo e nella fase di ricarica, hanno una elevata resistenza ai cicli ripetuti e una durata maggiore delle batterie tradizionali a celle immerse.
A differenza delle AGM sono resistenti alle alte temperatura e si prestano bene all’installazione nel vano motore di veicoli Stop Start medio-piccoli non dotati di frenata rigenerativa.

Le batterie AGM (Absorbed Glass Mat – acido assorbito in microfibra di vetro) sono caratterizzate da piastre al piombo-calcio espanso separate da panni in microfibra di vetro imbevuti di soluzione elettrolitica solidificata e compresse per assicurare una elevata conducibilità. Le piastre mantengono la stessa configurazione a griglia, ma possono essere di tipo avvolto a spirale oppure piatte, sospese verticalmente come nelle celle con elettrodi a immersione o in quelle al gel. A fronte di un maggiore costo presentano il vantaggio di assicurare maggiori flussi di corrente importantissimi negli avviamenti a freddo e di avere una durata maggiore delle celle immerse (numero di cicli), caratteristica molto importante in quelle applicazioni dove vengono richieste elevate e frequenti correnti di carica e scarica, come ad esempio nei veicoli “Stop Start” e in quelli con frenata rigenerativa.

La batteria al Gel viene anche denominata SLA (Sealed Lead Acid – piombo-acido sigillato). Ha una struttura identica alla classica batteria a elettrodi immersi, ma presenta un elettrolito solidificato anziché liquido. Nella soluzione di acqua e acido solforico viene disciolta polvere di silice che ne provoca la solidificazione.

Il gel presenta le stesse proprietà della soluzione liquida in termini di conducibilità ed efficacia della reazione chimica con il vantaggio di ridurre considerevolmente il consumo di acqua e la formazione di vapori, assicurare la completa copertura delle piastre ed evitare il rischio di perdite anche in caso di spostamento e inclinazione della batteria. Questa caratteristica presenta notevoli vantaggi in particolari applicazioni motoristiche (es. motoveicoli, competizioni, motonautica, aero-leggeri), o per alimentare dispositivi trasportabili operanti in ambienti chiusi con poca ventilazione (es. gruppi di continuità) o quando la batteria è installata nell’abitacolo del veicolo.

– Bassa resistenza interna

– Elevata corrente di picco

– Elevata efficienza di carica/scarica

– Basso costo
– Completa riciclabilità dei materiali

Batterie senza manutenzione con oblò di visualizzazione dello stato di carica (occhio magico)

La valvola permette la fuoriuscita calibrata dei gas all’interno della cella

1. Batterie con piastre positive e negative in lega piombo-antimonio

2. Batterie ibride (piastre positive piombo-antimonio e negative piombo-calcio)

3. Batterie con piastre positive e negative in lega piombo-calcio

1. Batterie con manutenzione

2. Batterie a ridotta manutenzione

3. Batterie senza manutenzione

1. Batterie ad elettrolito liquido cariche

2. Batterie cariche secche (da riempire)

3. Batterie ermetiche a ricombinazione di gas (Gel, AGM)

1. Batterie per auto

2. Batterie per veicoli industriali

3. Batterie per camper, nautica, moto e altre applicazioni motoristiche

4. Batterie per uso industriale (carrelli elevatori, montacarichi, etc…) 

In base ai suddetti differenti utilizzi è importantissimo adottare i criteri di conservazione e le procedure di magazzino più idonee.

A circuito aperto, in assenza di carico elettrico, la resistenza interna della batteria è ininfluente per il passaggio della corrente nel voltometro; pertanto la tensione nel circuito si mantiene al di sopra dei 12V.

A circuito chiuso le resistenze R e r vengono collegate in serie pertanto la tensione nominale della batteria si ripartisce in base ai valori delle due resistenze. Nel nostro esempio la resistenza esterna R mantiene una tensione di alimentazione di 11V, mentre la resistenza interna r riceve e utilizza il rimanente 1V.

La resistenza interna della batteria deve essere sempre la più bassa rispetto a quella di tutti i componenti dell’impianto elettrico al fine di minimizzare la caduta di tensione durante il funzionamento e assicurare la corretta tensione di alimentazione. Poiché la resistenza interna tende ad aumentare con lo stato di carica basso, la solfatazione e l’invecchiamento, in alcune condizioni particolarmente critiche come l’avviamento a freddo si può verificare un eccessivo abbassamento della tensione sull’impianto elettrico con conseguente stato di avaria, accensione delle spie e, nei casi più gravi, perdita dei dati in memoria delle centraline di controllo elettronico.

La resistenza interna è un parametro poco considerato ma di grande importanza che influisce enormemente sulle prestazioni della batteria, soprattutto nelle condizioni critiche degli avviamenti a freddo e in presenza d impianti elettrici complessi con accessori e sistemi elettronici sofisticati e nei nuovi veicoli “Stop-Start”.

Cristalli di solfato di piombo depositati sulle piastre

Curve caratteristiche di ricarica delle batterie al piombo-acido

La linea tratteggiata indica la corrente (A), mentre la linea continua orizzontale in alto indica la tensione (V). Nelle prime 3 ore di carica (Stage 1) la tensione aumenta fino al valore di cella carica (2.3 V circa) con una corrente di 1A costante (linea tratteggiata). Successivamente (Stage 2) la tensione si stabilizza mentre la corrente di carica diminuisce progressivamente fino alla completa ricarica della cella che avviene dopo circa 10 ore. Nell’ultima fase (Stage 3) la tensione di cella si stabilizza al valore nominale, mentre la corrente aumenta leggermente per compensare l’auto-scarica della batteria (corrente di mantenimento).

Per evitare i tempi di attesa necessari per determinare lo stato di carica mediante il voltometro e considerando l’impossibilità di utilizzare l’idrometro con le batterie di nuova generazione nel corso degli anni sono stati sviluppati nuovi metodi e strumenti di misura dello stato di carica della batteria, decisamente più versatili, completi e veloci. Il metodo EIS alla base del funzionamento di alcuni strumenti di controllo delle batterie permette di misurare contemporaneamente la capacità nominale effettiva (Ah), e il SoC (stato di carica). Dopo aver selezionato la tensione e la capacità nominale lo strumento di misura invia sulla batteria un segnale in corrente alternata a 20-2000 Hz per 15 secondi.
Il risultato viene quindi elaborato in pochissimi secondi sulla base di modelli matematici molto complessi (a matrice multipla) che forniscono un dato attendibile al 90-95% indipendentemente dalla temperatura e dai tempi di riposo dopo una carica o un utilizzo della batteria. Lo strumento inserisce anche un carico di corrente costante fino a 30A in base alla tensione e alla capacità nominale della batteria precedentemente selezionate senza tener conto dello stato di carica attuale della batteria. Nel caso in cui viene rilevato un SoC inferiore al 40% lo strumento richiede di effettuare una ricarica completa della batteria e di ripetere la prova.

L’idrometro (o densimetro) è uno strumento semplice, economico e affidabile, ma ormai poco utilizzabile per via della sempre maggiore diffusione delle batterie sigillate non ispezionabili e di quelle al Gel o AGM con elettrolito solidificato o assorbito. La densità può essere misurata al momento o dopo un ciclo di carica lenta completa. Nel primo caso la densità indicherà lo stato di carica momentaneo, mentre nel secondo darà una indicazione dello stato di efficienza e di invecchiamento della batteria.

Tensione di ricarica, corrente di ricarica e tempo di ricarica differiscono leggermente tra i diversi tipi di batteria (elettrolito liquido, Gel o AGM).

Tensione a vuoto della batteria a riposo in funzione della percentuale di carica