Riferimenti tecnici --- Elementi essenziali per caricabatterie e batterie
Il mercato in continua espansione delle apparecchiature portatili sta creando una domanda crescente di batterie con prestazioni e durata operative migliorate. Per soddisfare questi criteri, la capacità e la funzionalità delle celle ricaricabili sono aumentate costantemente, dall'introduzione delle batterie commerciali al nichel-cadmio (NiCd) e al piombo-acido sigillate (SLA) negli anni '60 alla più recente introduzione delle tecnologie al nichel-metallo idruro (NiMH) e agli ioni di litio (Li-I o Li+). Ogni tipo di cella ha i suoi vantaggi, ma la decisione su quale utilizzare in una particolare applicazione può dipendere tanto da considerazioni economiche quanto da convenienza tecnica.
Elementi essenziali della batteria
Nella tabella sono riportate alcune caratteristiche operative e di carica dei tipi di celle secondarie più comuni. Le prestazioni variano a seconda del produttore, pertanto questi dati devono essere utilizzati solo a titolo indicativo. Le velocità di carica massime consentite variano, ma da queste e dalla capacità in ampere-ora (C) della cella, è possibile calcolare i tempi di carica rapida secondo le formule indicate. Si tenga presente che queste sono regole empiriche, basate su una vasta esperienza, e che la capacità restituita dipende fortemente dalle condizioni iniziali e dall'età delle celle.
| Caratteristica | SLA (assemblea generale annuale) | NiCd | NiMH | Li+/Li-polimero |
| Densità energetica (Wh/kg) | 30 | 40 | 60 | 100 |
| Cicli operativi (tipici) | 300 | 800 | 500 | 800 |
| Temperatura di esercizio (°C) | 0~35 | 0~45 | 0~40 | 0~50 |
| Corrente di carica massima (A) | 0,25 °C | 2C | 1C | 1C |
| Metodo di addebito | Tensione costante | Corrente costante | Corrente costante | Corrente/tensione costante |
| Tempo di ricarica rapida (h) | C/A + 2 ore | C/A + 20% | C/A + 20% | C/A × 2 |
Abbinamento dei caricabatterie alle batterie
Gli utenti apprezzano un caricabatterie che carichi le batterie il più velocemente possibile. Ma la velocità non è l'unico fattore da considerare nella progettazione di un caricabatterie. Se la ricarica può essere effettuata durante la notte, il caricabatterie di mantenimento più adatto può essere molto compatto, poiché non deve assorbire molta corrente. È anche probabile che sia leggero, facilmente trasportabile e relativamente economico da produrre.
Le batterie al piombo sigillate richiedono una carica a tensione costante con limitazione di corrente. Per le batterie SLA in standby, la carica continua a 2,25 V/cella è adeguata. A questo potenziale, la batteria non si sovraccaricherà e può rimanere collegata indefinitamente senza subire danni. L'equivalente per le batterie NiCd e NiMH è una carica notturna (14 ore) a corrente costante a 0,1 °C. Mentre la maggior parte delle celle SLA e NiCd sono adatte alla carica di mantenimento a lungo termine, per le celle NiMH la carica deve essere interrotta per evitare danni.
Tuttavia, quali sono i fattori da considerare quando si sceglie un caricabatterie rapido? Velocità di ricarica rapida molto elevate possono compromettere la durata complessiva delle celle. Non è necessariamente una delle principali considerazioni dei produttori di batterie mettere in guardia sulla durata ridotta e sui cicli di ricarica realistici e, se lo fanno, i dettagli potrebbero non essere così chiari. Una ricarica rapida efficace a velocità fino a 2 °C richiede un monitoraggio intelligente dei parametri della batteria in tutte le fasi del ciclo di carica. L'ultima generazione di caricabatterie intelligenti è in grado di gestire gli effetti dei circuiti di protezione e le variazioni della temperatura di esercizio e della resistenza di contatto. Una caratteristica essenziale dei caricabatterie rapidi è la riduzione automatica della velocità di carica prima dell'inizio del sovraccarico e del successivo aumento di temperatura e pressione.
Le caratteristiche di carica delle celle NiCd e NiMH sono simili, sebbene le celle NiMH generino più calore durante la carica e la tensione di picco sia meno evidente. In entrambi i tipi di celle vengono utilizzate diverse tecniche di terminazione della carica rapida a corrente costante. Queste includono dV/dt, la velocità di variazione della tensione in prossimità della tensione di picco; -dV, la caduta della tensione di cella oltre il picco; e il rilevamento della temperatura della cella a piena carica. Anche i circuiti per il reforming e il condizionamento di celle usurate, non formate o vecchie prima della carica di massa sono altamente desiderabili per le celle a base di nichel. Ovviamente, tutte queste caratteristiche hanno un prezzo, ma senza questa sofisticatezza, le celle possono subire gravi danni, limitandone sia la capacità che la durata, oltre a rischiare problemi di sicurezza.
La ricarica delle celle Li-I è simile a quella SLA, entrambe richiedono una tensione costante con limitazione di corrente. Tuttavia, per le Li-I, è fondamentale che il caricabatterie integri un sistema di interruzione della corrente al punto finale e un timer di sicurezza per la protezione complessiva. A causa dei requisiti specifici delle singole applicazioni, i sistemi di ricarica Li-I devono essere integrati nella progettazione del pacco batteria il prima possibile. La nuova generazione di caricabatterie intelligenti Li-I Lawtronics soddisfa i criteri stabiliti dai produttori di celle e può essere configurata per soddisfare la maggior parte dei requisiti OEM.
La tecnologia delle batterie continua a evolversi lentamente ma costantemente e un design intelligente dei caricabatterie può garantire all'utente i massimi vantaggi.