Batterie ricaricabili
(450)Lo stoccaggio dell'energia elettrica è una delle maggiori sfide del giorno di oggi: nell'era dei dispositivi mobili e delle energie rinnovabili. Questa categoria di prodotti comprende principalmente batterie ricaricabili. Si tratta di articoli destinati a dispositivi mobili, robot telecomandati e semoventi, ma anche sostituti delle normali batterie "stilo" (AA, AAA), pacchetti di celle per dispositivi ad elevato assorbimento di corrente (elettroutensili, modellini RC), nonché componenti di particolare interesse per i produttori di apparecchiature elettroniche, ossia batterie ricaricabili progettate per l'installazione in fabbrica nei dispositivi o persino per l'installazione su scheda PCB. A seconda del prodotto ricercato, l'acquirente si porrà una delle seguenti domande...
Batteria ricaricabile al posto della normale batteria: a cosa prestare attenzione?
Da molti anni le batterie ricaricabili, ossia i sostituti ricaricabili delle batterie standard, costituiscono un'alternativa pratica e molto conveniente. L'acquisto di un set di batterie ricaricabili AA o AAA e di un caricabatterie universale è una soluzione economica, conveniente ed ecologica. Inoltre si tratta di una soluzione eccellente e versatile per un regalo pratico. Un errore comunemente commesso dai consumatori è quello di acquistare batterie ricaricabili più economiche, con una capacità inferiore. Si tratterà di una scelta conveniente solo in caso di alimentazione di dispositivi a basso assorbimento energetico (mouse e tastiere wireless, telecomandi RTV, orologi). Nel caso di altri apparecchi, la batteria ricaricabile richiederà una ricarica frequente e sarà esposta ad un'usura più rapida. Bisogna prestare attenzione al fatto che la tensione nominale delle batterie ricaricabili AA e AAA è inferiore ad es. rispetto alle batterie alcaline (rispettivamente: 1,2V e 1,5V). I dispositivi meno recenti se alimentati con celle ricaricabili, potrebbero non funzionare correttamente. Attenzione! L'utilizzo di batterie differenti, sconsigliata da tutti i produttori di apparecchiature elettriche, può essere dannosa. Nel caso delle batterie ricaricabili questa pratica invece può essere pericolosa! Può condurre a gravi danni alle attrezzature e persino a lesioni (ustioni).
Come scegliere autonomamente una batteria ricaricabile alternativa?
Accade che piccoli elettrodomestici dotati di batterie ricaricabili inizino a scaricarsi più frequentemente e / o a non funzionare correttamente, nonostante una corretta manutenzione. Se il dispositivo offre un facile accesso alla batteria ricaricabile installata all'interno, potremo provare a sostituirla. Nel catalogo della TME è presente una serie di pacchetti di celle di ricambio per le batterie ricaricabili utilizzate in telefoni cordless, rasoi, spazzolini elettrici, ecc. Tuttavia, se non conosciamo i parametri dettagliati del pacchetto di batterie da sostituire (capacità, tipo, tensione, uscita), dovremo effettuare un'analisi approfondita o dettagliata del circuito. In caso contrario potremmo causare danni permanenti all'apparecchio (ad es. danneggiamento dello stabilizzatore di tensione, guasto del motore, ecc.). Fortunatamente la maggior parte delle celle e battery pack di marca sono descritti in dettaglio nella specifica presente sull'alloggiamento/imballaggio della batteria ricaricabile.
Che tipo di batteria ricaricabile scegliere per il progetto?
La scelta della batteria ricaricabile per il tuo progetto non è un compito semplice. In questo caso dovremo piuttosto parlare di arte del compromesso. Il tipo di celle utilizzate avrà un impatto diretto non solo sul funzionamento del dispositivo, ma anche sul suo design e sulla sua circonferenza. Di seguito presenteremo brevemente i problemi che devono essere considerati ancora in fase di progettazione.
Quali parametri della batteria ricaricabile sono importanti?
Purtroppo la risposta a questa domanda è: tutti. Anche una domanda così banale sul tipo di uscite può influire notevolmente sulla realizzazione del progetto. Il produttore (e persino il singolo costruttore) dovrebbe valutare se il processo di costruzione del dispositivo deve tenere conto, ad es. della fase di saldatura spot delle celle agli ioni di litio o se sarà meglio utilizzare un pacchetto Li-Po già pronto? Se il consumatore avrà l'opportunità di sostituire la batteria ricaricabile da solo, o se sarà meglio optare per un suo formato standard e ampiamente disponibile? Persino il peso (e soprattutto il baricentro) del prodotto definitivo dipenderà in larga misura dalla sorgente di energia utilizzata.
Dimensioni e capacità
La più alta "densità" di energia immagazzinata può essere raggiunta nel caso delle batterie ricaricabili ai polimeri di litio. Tuttavia il loro utilizzo è associato ad una serie di complicazioni, che verranno presentate di seguito. In caso di utilizzo delle celle agli ioni di litio vale la pena di prendere in considerazione l'utilizzo dei loro formati meno comuni, ad es. cilindri più corti o più sottili, che consentiranno un migliore sfruttamento dello spazio nell'alloggiamento del dispositivo di destinazione. Sfortunatamente, in ogni caso la capacità della cella dipenderà strettamente dal suo volume.
Tensione e corrente
Persino i migliori convertitori DC/DC non raggiungono un rendimento del 100%. Qualsiasi convertitore presente nel circuito causerà perdite di energia e dissipazione di calore. Può sembrare allettante il posizionamento di più celle collegate in parallelo nel dispositivo, per consentire di ottenere elevati valori di corrente (parametro importante quando si alimentano componenti elettromeccanici). Tuttavia la conseguenza di tale soluzione potrebbe essere la necessità di utilizzare un convertitore step-up, ad es. per un display LCD retroilluminato; ciò a sua volta si tradurrà in un consumo energetico significativo e una diminuzione della durevolezza. Inoltre, utilizzando un sistema a microprocessore (ad es. un computer monoscheda), nel dispositivo sarà presente un certo numero di trasduttori e stabilizzatori di tensione, necessari per il funzionamento dell'unità centrale e dei suoi componenti. Pertanto è importante scegliere un pacchetto di celle (ed elementi del circuito) che consenta un'alimentazione ottimale dell'intero circuito, preferibilmente utilizzando un singolo stabilizzatore (idealmente sarà uno stabilizzatore accoppiato ad un controller di ricarica e un bilanciatore, tuttavia ciò non è sempre possibile).
Tipi di batterie ricaricabili: breve confronto
Poiché ogni tipo di batteria presenta caratteristiche differenti, di seguito presentiamo un semplice confronto di queste tecnologie.
Batterie ricaricabili ai polimeri di litio
Queste celle sono caratterizzate da un rapporto eccezionalmente elevato tra energia immagazzinata e volume, assicurano elevati valori di corrente e i pacchetti possono essere realizzati in parallelepipedi di qualsiasi dimensione. Vengono utilizzate in prodotti compatti e dove è richiesta l'adduzione di grandi quantità di energia in un breve periodo di tempo (ad esempio nei cosiddetti booster per auto, che consentono la messa in moto dell'auto con la batteria scarica). Sfortunatamente, tali celle sono delicate e, in caso di danneggiamento del pack, di surriscaldamento, di carica effettuata in modo errato e persino di contatto con umidità, possono essere caratterizzate da elevata instabilità. I pacchi ai polimeri di litio sono dotati di serie di un circuito di bilanciamento per proteggere il prodotto contro un utilizzo improprio, tuttavia questo circuito non garantisce la piena sicurezza. Il regolatore di ricarica delle batterie ai polimeri di litio deve monitorare continuamente la temperatura delle celle. Degradazione e danni irreversibili e deformazioni possono essere provocati dalla scarica profonda del pacco (o dallo stoccaggio prolungato in condizioni diverse da quelle specificate dal produttore).
Batterie ricaricabili agli ioni di litio
Si tratta di una delle soluzioni più popolari disponibili sul mercato. Le celle agli ioni di litio sono caratterizzate da vita utile prolungata, facilità d'uso. Vengono caricate in due fasi: nella prima fase mantenendo costante l'intensità della corrente e nella fase finale, mantenendo costante la tensione. I controller di ricarica e i bilanciatori delle celle agli ioni di litio sono ampiamente disponibili e convenienti (tuttavia, è meglio scegliere un caricabatterie che sfrutti circuiti di produttori noti e comprovati). Sono relativamente resistenti agli agenti meccanici, anche se "termicamente sensibili". Durante il collegamento in pacchi è necessario evitare di saldare i fili direttamente ai morsetti della batteria, a tal fine il più delle volte vengono utilizzate delle puntatrici. Queste celle possono assicurare correnti molto elevata (ciò significa che saranno pericolose in caso di cortocircuito). La loro dimensione spesso viene espressa mediante una serie di numeri, ad es. 18650. Si tratta di un metodo per esprime le dimensioni della batteria. Le prime due cifre indicano il suo diametro in millimetri, le ultime tre cifre la lunghezza in decimi di millimetro. Pertanto: Il tipo 18650 è un cilindro con un diametro di 18 mm e un'altezza di 65 mm. A titolo di curiosità, possiamo vedere la cella agli ioni di litio 14500 presenta le stesse dimensioni di una batteria di formato AA, pertanto per il montaggio e il collegamento in pack possono essere utilizzati portabatterie standard.
Batterie ricaricabili LiFePO4
Le celle al litio-ferro-fosforo spesso vengono ritenute i successori della tecnologia degli ioni di litio. A differenza di queste batterie, le batterie ricaricabili LiFePO4 non contengono cobalto nei loro elettrodi. Sono caratterizzate da una maggiore durevolezza, una maggiore stabilità e parametri elettrici comparabili. Un ulteriore vantaggio è la bassa corrente di auto-scarica (ossia rimangono cariche relativamente a lungo). Il processo di produzione consente di produrre queste batterie con morsetti a vite, per facilitare e accelerare l'installazione e il collegamento delle celle, inoltre garantiscono una bassa resistenza dei collegamenti e buoni parametri di corrente.
Batterie ricaricabili Ni-MH
Il loro nome completo è batterie ricaricabili al "nichel-metallo-idruro". Più comunemente vengono utilizzate nei formati di batterie destinate al largo consumo. Richiedono una ricarica a impulsi (preferibilmente con un caricabatterie con processore), poiché in caso di collegamento ad una sorgente di corrente continua possono subire danni. Questo tipo di celle inoltre è sensibile alla scarica profonda.
Batterie ricaricabili Ni-Cd
Le celle al nichel-cadmio sono simili in termini di parametri di progettazione, applicazione e parametri elettrici alle celle Ni-MH, sebbene raggiungono una minore densità energetica. Bisogna notare che le batterie di questo tipo sono caratterizzate del cosiddetto "effetto memoria". In altre parole, la loro capacità si degrada se non vengono regolarmente scaricate e ricaricate completamente. Per un potenziale acquirente, l'informazione più importante sarà il fatto che questo tipo di batterie ricaricabili attualmente viene ritirato dall'offerta della TME per motivi ambientali.
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