Gli accumulatori, o batterie ricaricabili, o pile secondarie (dette in
genere batterie), sono apparati elettrochimici in grado di accumulare
carica elettrica e restituirla nella fase di scarica.
Sono costituite da un insieme di celle elementari, elettricamente collegate l’una all’altra in serie o in parallelo, per raggiungere il valore desiderato di tensione (Volt) e corrente (Ampere).
Sono costituite da un insieme di celle elementari, elettricamente collegate l’una all’altra in serie o in parallelo, per raggiungere il valore desiderato di tensione (Volt) e corrente (Ampere).
I valori che caratterizzano una batteria sono:
Tensione nominale: tensione di lavoro che si esprime in Volt. La batteria può essere considerata come una pompa di elettroni. La tensione nominale, o potenziale di cella, è la tensione tra i poli e corrisponde alla “pressione” dell’ipotetica pompa di elettroni.
Capacità nominale: si esprime in Ah e rappresenta, in maniera semplificata, il numero di ampere che la batteria puo’ erogare per un’ora di seguito.
Scarica massima: si esprime in Ampere ed è la corrente massima che la batteria può erogare per pochi secondi (per esempio per la messa in moto del motore dell’auto).
La cella è l’elemento costruttivo elementare delle batterie. È il dispositivo minimo che converte l’energia chimica, contenuta nei materiali attivi, direttamente in energia elettrica, mediante reazioni elettrochimiche di ossidoriduzione.
Quando una singola cella ha caratteristiche insufficienti per l’utilizzo richiesto è necessario effettuare assemblaggi di più celle. L’utilizzo di più celle contemporaneamente si fa con un allestimento in serie o in parallelo.
Collegando gli elementi in serie (il più con il meno) si aumenta la tensione. La tensione totale è la somma delle tensioni di ogni elemento.
Collegando gli elementi in parallelo (più con più, meno con meno) si aumenta la capacità. La capacità totale è la somma delle capacità di ogni elemento.
Combinando i due metodi si possono fare tutte le combinazioni di tensione e capacità.
Gli elementi della figura in basso sono orizzontalmente collegati in serie.
I due pacchi risultanti sono stati collegati (verticalmente) in parallelo.
Gli elementi della figura in basso sono orizzontalmente collegati in serie.
I due pacchi risultanti sono stati collegati (verticalmente) in parallelo.
Tipologie di accumulatori
Esistono diversi modi di sfruttare le reazioni chimiche della cella elettrolitica; ad ognuno di queste corrisponde una diversa prestazione.
Piombo-acido (Pb-acid): le celle al piombo acido sono le più antiche.
Sono formate da elettrodi di piombo ed elettrolita di acido solforico diluito in acqua distillata.
La tensione nominale della cella è 2V.
È pesante, ed ha bassa energia specifica. Sono soggette a guasto per invecchiamento dei materiali dopocirca 1000 cicli di carica e scarica.
La batteria al piombo è molto diffusa e prodotta in grande scala a bassi prezzi.
Sono formate da elettrodi di piombo ed elettrolita di acido solforico diluito in acqua distillata.
La tensione nominale della cella è 2V.
È pesante, ed ha bassa energia specifica. Sono soggette a guasto per invecchiamento dei materiali dopocirca 1000 cicli di carica e scarica.
La batteria al piombo è molto diffusa e prodotta in grande scala a bassi prezzi.
L’uso principale è come batteria di avviamento e per l’impianto di bordo dei veicoli e dei natanti.
Nickel-Idruri Metallici (Ni-MH): sono le batterie che hanno sostituito quelle al Ni-Cd, e sono tuttora molto diffuse specialmente nel formato stilo.
La tensione nominale della cella è 1.2V.
Hanno buona capacità e velocità di ricarica e non soffrono effetto memoria (se per più volte si ferma la scarica a un livello parziale, quello sarà memorizzato come ultimo stadio di scarica).
Litio: è un tipo di batteria comunemente impiegato nell'elettronica di consumo. È attualmente uno dei tipi più diffusi di batteria per laptop e telefono cellulare, nonché per alcune auto elettriche, con uno dei migliori rapporti peso/potenza.
Il litio e' un metallo pericoloso quindi i vari contenitori sono disponibili solo in contenitori "sigillati".
Caratteristiche tecniche di questa tecnologia:
Ogni singolo elemento o cella ha una tensione di 3,6 Volt.
Maggiore capacita' in corrente a parita' di dimensioni con gli altri tipi.
Ogni singolo elemento o cella ha una tensione di 3,6 Volt.
Maggiore capacita' in corrente a parita' di dimensioni con gli altri tipi.
Effetto memoria assente (come per le ni-mh).
Delicati nelle sovraccariche.
Autoscarica trascurabile circa 1% al mese.
Va ricordato che per avere sempre elementi in stato ottimale e con lunghe durate, che:
La tensione di fine carica si attesta sui 4,25 Volt (varia a seconda della chimica delle stesse). Superati i suddetti limiti potrebbero non solo guastarsi in modo irreversibile ma anche incendiarsi o peggio esplodere.
La tensione di scarica sui 3-3,5 Volt (minimo 2,75 Volt).
Battery Management System
Il sistema di controllo e governo delle batterie, conosciuto col nome inglese “Battery Management System” e in sigla “BMS” è un componente essenziale delle batterie al litio con più di una cella.
Serve a monitorare lo stato della batteria, effettuando misure e se necessario intervenendo, al fine di conseguire la perfetta sicurezza e ottimizzazione delle prestazioni.I risultati conseguiti dal BMS sono i seguenti:
Controllo della temperatura: anche se ormai sono casi rarissimi, può accadere che la batteria si scaldi più del dovuto e emetta fumo o addirittura prenda fuoco. Il BMS provvede a misurare la temperatura di ogni singola cella e interviene distaccando l’intera batteria dall’utilizzatore, nel caso in cui una temperatura superasse il limite consentito.
Controllo della tensione minima: per evitare danni da sovrascarica, il BMS provvede a isolare la batteria se la scarica è arrivata al limite consentito.
Controllo della tensione massima: in fase di ricarica della batteria oppure, se si tratta di una batteria per auto elettrica, durante la frenata a recupero di energia, la tensione può crescere oltre il consentito. Il BMS evita danneggiamenti e riscaldamenti per questa causa.
Controllo della corrente: il BMS non permette l’erogazione di correnti non sopportabili dalla batteria.
Equalizzazione: in una batteria gran parte delle celle sono collegate in serie, per cui è importante che nessuna di queste sia più sollecitata o più danneggiata delle altre. Il BMS effettua costantemente un controllo sulla equa distribuzione della carica tra tutte le celle.
Controllo della tensione minima: per evitare danni da sovrascarica, il BMS provvede a isolare la batteria se la scarica è arrivata al limite consentito.
Controllo della tensione massima: in fase di ricarica della batteria oppure, se si tratta di una batteria per auto elettrica, durante la frenata a recupero di energia, la tensione può crescere oltre il consentito. Il BMS evita danneggiamenti e riscaldamenti per questa causa.
Controllo della corrente: il BMS non permette l’erogazione di correnti non sopportabili dalla batteria.
Equalizzazione: in una batteria gran parte delle celle sono collegate in serie, per cui è importante che nessuna di queste sia più sollecitata o più danneggiata delle altre. Il BMS effettua costantemente un controllo sulla equa distribuzione della carica tra tutte le celle.
