Batterie

Chiamate anche Flooded Lead Acid Battery, sono quelle tradizionalmente utilizzate nelle autovetture. Le piastre di piombo sono immerse in una soluzione elettrolitica acquosa contenente acido solforico. Non sono adatte a scariche troppo prolungate a causa del fenomeno della solfatazione.

In una batteria AGM l'elettrolita è assorbito dentro una matrice di sottili fibre di vetro. Sono molto resistenti alle sollecitazioni meccaniche e si possono montare in qualunque posizione. Non necessitano di manutenzione, ma sono dotate di una valvola di sovrappressione VRLA (Valve Regulated Lead Acid). Rispetto alle normali batterie al piombo hanno una resistenza interna più bassa e si caricano più velocemente.

Hanno la stessa struttura delle batterie convenzionali con elettrolita liquido, ma l’elettrolita è trasformato in uno stato gelatinoso dall’aggiunta di acido silicico. Come le batterie AGM anche quelle a gel sono batterie VRLA (Valve Regulated Lead Acid) e dotate di una valvola di sovrappressione. Sono esenti da manutenzione poiché avviene una ricombinazione dell’idrogeno generato dalla batteria. Non è adatta come batteria di avviamento a causa della alta resistenza interna, infatti non può produrre una corrente a freddo elevata in brevi intervalli temporali.

Si deve fare attenzione quando ci si riferisce in maniera generica a batterie sigillate, poiché non è chiaro se si tratta di batterie gel oppure AGM; le correnti di carica absorprion e float fra i due tipi in genere sono abbastanza diverse.

Sia le batterie piombo-acido che le e AGM soffrono del problema della solfatazione se rimangono scariche per molto tempo. Le AGM sono un po' più resistenti, soprattutto perché hanno una auto-scarica più lenta. La solfatazione è una reazione chimica che comprometterà in maniera irreparabile la performance e la vita della batteria. Il fenomeno è causato dalla formazione di cristalli di solfato di piombo, che comportano un aumento notevole della resistenza elettrica interna.

La maggior parte delle fonti di carica, alternatori dei motori e caricabatterie, funzionano in base al voltaggio della batteria che, se solfatata non corrispondo più alla reale necessità di carica. Quando sono presenti cristalli di solfato la batteria mostra un voltaggio più alto di quello che dovebbe essere in base allo stato di carica effettiva, ingannando così il regolatore di voltaggio che sarà portato a credere che la batteria sia completamente carica.

Normalmente la carica di una batteria avviene in tre fasi, chiamate bulk, absorption (o charge) e float rispettivamente.

Nella prima fase bulk il caricatore fornisce una corrente costante alla batteria. È il costruttore che indica qual'è la corrente massima tollerata dalla batteria, si solito essa si aggira sul 10% del valore nominale della batteria stessa; ad esempio una batteria da 8 A deve essere caricata con una corrente di 0.8 A. Durante la fase bulk la batteria riceve circa l'80% della carica complessiva e il voltaggio della batteria aumenta fino ad arrivare all'absorption voltage.

Nella seconda fase absorption il caricatore fornisce il restante 20% della carica mantenendo il voltaggio costante allo specifico valore. A causa della resistenza interna della batteria che aumenta con l'aumentare dello stato di carica, la corrente (ampere) decresce con il tempo. Quando la corrente raggiunge un valore minimo (oppure dopo il tempo prefissato) la batteria viene considerata carica al 100% e il caricatore passa alla modalità float.

Nella modalità float il caricatore monitora la differenza di potenziale (voltaggio) ai poli della batteria e fa in modo che non scenda sotto il float voltage specifico. Quando la batteria scende sotto tale soglia, in genere a causa del processo di autoscarica, il caricatore interviene fornendo nuovamente corrente all'absorption voltage per riportare la batteria allo stato float.

Nel grafico che segue in rosso l'andamento della tensione (volt) e in verde la corrente (ampere) durante le fasi di carica:

Esempio per batteria 12V 8A.

Altra letteratura suggerisce per la carica absorption delle batterie piombo-acido il range 13.8 - 14.4 V.

La corrente di carica dipende dalla temperatura ambiente: al diminuire della temperatura si deve aumentare la tensione. Normalmente i valori sono riferiti ad una temperatura di 25 C°. La seguente tabella mostra come cambiano i valori al variare della temperatura:

In generale si stabilisce lo stato di carica (SOC, State of Charge) di una batteria misurando la tensione ai due poli, con circuito aperto (cioè senza alcun carico elettrico applicato) dopo due ore di riposo. La seguente tabella può essere usata come riferimento per le batterie AGM:

La corrispondenza è data dalla seguente formula:

% carica = (volt - 11.65) x 83.33

Per prolungare la vita delle batterie è opportuno non scendere sotto una certa soglia di carica, un buon valore può essere tra il 60% e il 50%. Pertanto la tensione minima a riposo di una batteria non dovrebbe scendere sotto il 12.3 V.

Queste sono altre tabelle di riferimento pubblicate sul sito footprinthero.com; notare che il rapporto fra voltaggio e carica non è perfettamente lineare. Anche in questo caso si sottolinea come la tabella valga alla temperatura di 25 °C e dopo almeno due ore di assenza di carico (circuito aperto). Le tabelle sono rispettivamente per batterie tradizionali piombo-acido e per quelle sigillate (gel o AGM):

Abbiamo provato un caricabatterie cosiddetto intelligente per batterie a 12 o 24 volt, in grado di gestire batterie di tipo AGM, auto, moto, oppure LiFePO4.

Questo è il manuale per il modello Foxsur YDBAO FBC122410D. Qui invece il manuale del modello FBC122412D 7-Stages charger 12V12A, quasi identico ma di capacità superiore.

Per caricare una batteria da moto 12V 8A di tipo AGM non è chiaro se si deve utilizzare il modo AGM oppure il modo moto del caricabatterie. Mel modo AGM non si fa distinzione fra batterie ad alto e basso amperaggio, invece in modalità moto è risultato che il caricabatteria nella fase bulk charging eroga 1.7 A, cioè circa il doppio di quanto consigliato dalla casa costruttrice della batteria. È improbabile che la modalità AGM eroghi una corrente più adeguata (inferiore).

Inoltre per le normali batterie piombo-acido la tensione di carica durante la fase absorption deve essere mantenuta a 14.2 V (ed è quello che fa il caricabatteria in modalità moto), mentre le batterie AGM richiederebbero 14.7 V. Caricare una batteria AGM con un voltaggio inferiore a quello richiesto significa che la carica finale sarà non al 100%, ma circa all'85% e questo può causare un effetto memoria che ne riduce la vita utile (vedi paragrafo My charger doesn’t support AGM but I want the benefits from AGM technology. What can I do?).

Abbiamo provato la modalità repair del caricabatterie su una batteria da moto Yuasa YTX9-BS 12V 8.4A AGM, che presentava seri problemi: nonostante un ciclo completo di ricarica non era in grado di far girare il motorino di avviamento.

La modalità repair è durata circa 16 ore, seguendo tutte le fasi descritte dal manuale. Il manuale avverte che Not all batteries can be recovered, only can use on Motorcycle and Car batteries, questo sembra escludere la possibilità di intervenire su batterie AGM, il che potrebbe spiegare il totale insuccesso nel nostro caso.

Al termine dell'operazione il voltaggio a circuito aperto era di 12.68 V, che dovrebbe corrispondere ad una carica di circa l'86%. Abbiamo applicato un carico da 1.7 A (lampada da 21 W) alla batteria per 5 minuti, quindi il totale di corrente erogata dovrebbe essere di circa (1.7 x 5 / 60 =) 0.15 Ah. Abbiamo quindi misurato nuovamente la tensione a circuito aperto dopo aver lasciato riposare la batteria per 30 minuti, si sono registrati 12.55 V, che dovrebbe corrispondere ad una carica del 75%.

Se i calcoli sono giusti all'erogazione di 0.15 Ah è corrisposto una diminuizione della carica di circa il 10%, pertanto la capacità della batteria riparata è di 1.5 Ah, a fronte degli 8.4 nominali di fabbrica. Ad ogni modo la batteria ha continuato a non essere in grado di far girare il motorino di avviamento.

Abbiamo fatto un test per il caricamento iniziale di una batteria nuova Yuasa YTX9-BS 12 V 8.4 Ah impostando il caricabatterie in modalità moto. Le fasi indicate sul manuale come battery desulphation e soft start charging (evidenziate dai LED DES e SS) sono durate pochi secondi, quindi è iniziala la fase che il manuale chiama bulk charging (LED CC, constant current) che è avvenuta con una corrente costante di 1.7 A e con il voltaggio che è aumentato dai 13.5 V iniziali fino ai 14.2 V. La fase successiva absorprion charging (evidenziata dal led CV, constant voltage), è avvenuto a voltaggio costante di 14.2, con la corrente che è andata diminuendo via via fino a scendere sotto i 0.9 A. Le due successive fasi battery test e recondition charging (evidenziate dai LED TET e REC) sono durate pochi secondi, dopodichè la batteria viene considerata carica.

La casa costruttrice suggerisce per la batteria YTX9-BS una carica lenta a 0.9 A per 5 ore; è chiaro che con il caricabatterie in questione non è possibile effettuare questa operazione perché la corrente erogata è quasi il doppio: 1.7 A.

Abbiamo testato il caricabatterie in modalità AGM collegandolo ad una batteria Yuasa NP7-12 (ovviamente di tipo AGM) da 12 V, 7.0 Ah in buone condizioni, che presentava una tensione iniziale di 12.6 V (quindi con uno stato di carica di circa l'80%).

Il caricabatterie ha iniziato con la fase desulphation (LED DES) durante la quale ha fornito corrente a brevi intervalli finché la tensione della batteria è risultata superiore circa ai 13 V; questa fase è durata pochi secondi e non è stato possibile misurare con esattezza l'amperaggio fornito. È quindi iniziata la fase di test (LED TET) che pare abbia una durata prefissata di 10 minuti; durante questa fase non è stata erogata corrente e il voltaggio della batteria è diminuito lentamente. Infine il caricabatterie ha segnalato lo stato FULL sul display.

Nello stato FULL in realtà il caricabatteria monitora la tensione della batteria e non appena questa scende sotto i 12.9 V viene applicata una corrente di 0.4 A a 13.4 V, questa fase a voltaggio costante si interrompe appena la corrente di carica scende sotto gli 0.3 A. Il ciclo si ripete tutte le volte che la tensione della batteria scende sotto i 12.9 V.

• AGM Charging
• How To Charge AGM Battery
• Charging Lead Acid
• Cos’è la solfatazione
• Charging - Bulk, Absorption and Float
• A detailed guide to AGM batteries
• Lead Acid Battery Voltage Charts