Manual:battery settings

Batterie Piombo Acido

Si intende per batterie Piombo acido, tutte quelle batterie che generano tensione attraverso la reazione reversibile tra Piombo e acido solforico. Fanno parte di questa famiglia sia le batterie per avviamento (batterie auto) che le batterie per autotrazione o utilizzi ciclici. La differenza tra queste batterie è solo nella potenza istantanea e resistenza alle scariche/cariche profonde. Si tratta di una tecnologia molto matura e che ha il minor costo/watt, quindi idonea ad applicazioni dove l’attenzione ai costi e le prestazioni sono fondamentali.

Struttura delle batterie

Ogni elemento singolo composto da 2 piastre di piombo divise da elettrolita (acido solforico) produce circa 2,13Ve di tensione, per ottenere una batteria da 12V, si collegano in serie 6 elementi. L’elettrolita è composto da 35,5% di acido solforico ed il restante acqua distillata. Nell’utilizzo normale, in fase di ricarica, ciò che si esaurisce è solamente l’acqua, sottoforma di gas idrossido (miscela di idrogeno e ossigeno).

Le batterie VRLA a ricombinazione

Le batterie per utilizzo ciclico su sistemi UPS, stazioni di energia, antincendio, sistemi di sostentamento ecc. sono costruite in modo da evitare la dispersione dell’Idrogeno e Ossigeno per elettrolisi, ed il conseguente consumo di acqua, si definiscono quindi “senza manutenzione”. Queste batterie si chiamano VRLA (Valve Regulated Lead Acid), sono ermetiche e chiuse da valvole che mantengono la pressione interna tra 1,5 e 2psi, questa pressione, è sufficiente a permettere la ricombinazione dell’idrogeno e ossigeno in acqua, ma in caso di errato caricamento, lasciano defluire il gas in eccesso, preservando quindi la struttura della batteria, ma permettendo il consumo di acqua, quindi una diminuzione della vita utile della batteria.

Fanno parte di questa famiglia di batterie cicliche le seguenti tipologie:

• Acido libero, dove l’elettrolita è in forma liquida e libero
• AGM (Absorbed Glass Mat), dove l’elettrolita è assorbito in un tessuto di fibra di vetro per evitare lo sversamento.
• GEL, dove l’elettrolita è sottoforma di gelatina solida, per evitare lo sversamento e ridurre il consumo di acqua.

Le batterie con acido libero non sono adatte all’utilizzo su sistemi di telecomunicazione rurali o senza sorveglianza. Le batterie al GEL, in realtà permettono migliori performance di carica/scarica, ma sono al contempo molto delicate e risentono maggiormente delle condizioni di temperature estreme (o troppo basse o troppo alte). Riteniamo che la migliore batteria utilizzabile con la twidunode sia attualmente la tipologia AGM PbCa a ricombinazione, per via della sua versatilità, resistenza e durata. L’unico svantaggio è sicuramente il rapporto capacità/peso-volume, in tal caso si dovrà optare per pacchi di batterie NiCD o LiFePO ecc, molto più costose e che verranno supportati con le nuove versioni del firmware della twidunode2.

twidunode2 e le strategia di carica

A seconda della tipologia di batteria scelta (AGM o GEL) alla sua taglia e al suo utilizzo, la twidunode2 predispone la corretta curva di ricarica.

La curva di carica dipende dai seguenti parametri:

• Tipologia di batterie
• Capacità della batteria

E’ quindi necessario configurare sia la taglia giusta che il tipo di curva attraverso i comandi da shell :

set batttype [PbAGM | PbGEL | PbAGMtemp]

e

set battcap [nn]

Le batterie piombo-acido, sono quindi caricate a tensione costante e corrente costante (per evitare sovraccarichi) in accordo sulle massime tensioni applicabili per ogni ciclo estratte direttamente dai maggiori produttori mondiali di batterie. La ricarica poi continua a varie tensioni costanti fino a livellare ed equalizzare tutte le celle. L’ultima fase è il mantenimento, necessario al fine di mantenere in buone condizioni la batteria.

Tutte queste fasi sono gestite dal microprocessore attraverso le misure dei comparatori interni e delle eventuali sonde di temperatura esterne da fissare sulla batteria. La twidunode non è un semplice caricabatterie, ma un caricabatterie, equalizzatore e mantenitore; per ottenere le massime prestazioni dalla batteria collegata ed evitare al contempo guasti o degradazione della stessa.

La scelta della batteria giusta

Una volta stabilito il tipo di batteria da utilizzare, è fondamentale scegliere la taglia corretta per l’uso che dobbiamo farne. E’ fondamentale bilanciare la capacità residua con la capacità di ricarica.

Uso tampone

La twidunode2 è in grado di adattare la carica a valori molto bassi, in modo da mantenere la batteria in un ideale stato di carica. Infatti le batterie al piombo-acido, se mantenute scariche, si degradano irrimediabilmente.

Per l’utilizzo tampone, probabilmente preferiremo una batteria con una capacità appena sufficiente a permettere il ripristino dell’alimentazione da rete. Senza quindi fare considerazioni tra la capacità di ricarica e la profondità di scarica. Per fare un esempio, una batteria AGM da 12V/7,5Ah completamente carica mantiene acceso un AP/Bridge per almeno 24ore, e una IP camera per almeno 48ore.

Questa è la tipica curva non termocompensata del ciclo di mantenimento in uso Stand-By.

Uso ciclico

L’uso ciclico, nasconde maggiori difficoltà di scelta della capacità corretta. Partiamo da un assunto di base, la massima corrente di carica delle twidunode2 è 2700mAh. Partendo da questo possiamo valutare tutto il resto.

Valutiamo inoltre il tempo massimo di ricarica e il tempo di scarica. In un lampione dell’illuminazione pubblica, questi tempi, sono 8ore/carica+alimentazione 16ore/scarica nelle condizioni più sfavorevoli (seconda settimana di Giugno). Se sappiamo che la massima capacità di carica è 2700mAh e che la massima corrente di carica di una batteria non dovrebbe eccedere il 10% della sua capacità, abbiamo necessità di almeno una batteria da 26Ah. Da queste considerazioni ne ricaviamo che il tempo di ricarica è pienamente sufficiente per una carico che assorbe 400-500mAh a 24V (10-12W max). Considerando anche le inefficienze di sistema e il rendimento.

Quindi, la considerazione primaria che va fatta sulla batteria è solamente la capacità di ricevere la carica senza danneggiarsi, per questo vanno considerati tagli medi, per il resto la batteria si comporta esattamente come un serbatoio, se il carico assorbe poco, sfrutteremo semplicemente una frazione della sua capacità, ma avremo possibilità di ricaricarla molto in fretta, per essere pronta al successivo ciclo di scarica.

Questa è la tipica curva non termocompensata dello sfruttamento ciclico di una batteria.

Batteria scarica

Non è facile dire quando una batteria al piombo è completamente scarica, perché la sua tensione residua dipende sia dalla temperatura che dalla corrente di scarica a circuito chiuso. Convenzionalmente una batteria la piombo composta da 6 elementi è da considerarsi scarica quando raggiunge gli 11-11,5V a circuito aperto. La twidunode2 ha al suo interno un algoritmo capace di individuare il livello minimo ammesso dal produttore della batteria, staccando quindi il carico, ma mantenendo attivo il processore per poter generare gli allarmi o riavviare la ricarica nel momento in cui dovesse ritornare la tensione necessaria.

Questa sopra è la tipica correlazione tra stato della carica e tensione a circuito aperto misurata a 25°C. Questo valore è sensibilmente dipendente dalla temperatura ambiente, sopratutto alle basse temperature occorre applicare le opportune correzioni.

Come è possibile vedere dalle curve qui sopra.

Questa sopra è la curva delle tensione residua sotto carico, utile a determinare lo stato di carica di una batteria sotto carico.