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Batteria

Struttura:

 

Elemento della batteria. La batteria di avviamento è composta da più elementi, costituiti a loro volta da piastre di piombo positive e negative che, per evitare contatti e cortocircuiti, sono tenute a distanza da appositi separatori. Affinché possa scorrere una quantità elevata di corrente, è necessario che le piastre dispongano di un’ampia superficie. Ecco perché gli elementi sono dotati di innumerevoli sottili piastre a elettrodi. Gli elementi vengono raggruppati in blocchi e ciascuno di essi produce una tensione nominale di 2 V. Collegando gli elementi in serie, è possibile raggiungere, a seconda del loro numero, 6 o 12 V.

 

Elettrolito. Riempie lo spazio tra le piastre di piombo e il separatore. Al di sopra dei set di piastre si trova la camera di raccolta dell’elettrolito, mentre sotto di esse vi è una camera di raccolta dei fanghi in cui si deposita il piombo disciolto.

 

Scatola. Gli elementi sono alloggiati all’interno di un contenitore a scomparti, il cui coperchio, contenente il tappo di chiusura e di riempimento, chiude la batteria. Per consentirne il fissaggio alla carrozzeria del veicolo, è previsto un apposito listello laterale sul fondo.

 

Poli. Consentono il collegamento elettrico della batteria alla rete di bordo. I poli sono contrassegnati con + e –. Per assicurare che non vengano invertiti, il polo positivo presenta un diametro maggiore

 

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Marcatura delle batterie

 

Per poter comparare e sostituire le batterie di avviamento di differenti produttori, sulla scatola della batteria è obbligatorio apporre il codice previsto dalla normativa europea (EN 60095-1).

La marcatura (fig. 2). si compone del codice europeo ETN a nove cifre (per esempio 544 105 045). Esso specifica

  • la tensione nominale, codice 5: 12 V
  • la capacità nominale, codice 44: 44 Ah;
  • informazioni circa la forma della batteria e il fissaggio a bordo del veicolo, codice 105;
  • la corrente di prova a freddo, codice 045: 450 A

H0542.jpg

 

Capacità. Per capacità Q = I · t si intende la quantità di corrente immagazzinata in ampere-ore (Ah), fornita o prelevata da una batteria di avviamento.

Essa dipende:

  •  dall’entità della corrente di scarica;
  • dalla densità e dalla temperatura dell’elettrolito;
  • dalle condizioni di carica della batteria;
  • dall’età della batteria.

Capacità nominale Q20. È la quantità di elettricità che una batteria di avviamento può fornire in una scarica di 20 ore a una corrente pari a 1/20 del valore numerico della capacità nominale, senza che la tensione scenda sotto il valore di 10,5 V

Tensione nominale. È stabilita a 2 V per elemento. La tensione nominale dell’intera batteria risulta dal numero di elementi collegati in serie. In caso di 6 elementi è pari a 12 V.

 

 

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Tensione ai morsetti (UK). È la tensione tra i morsetti della batteria sotto carico. La tensione ai morsetti è inferiore alla tensione di riposo (U0 ), dato che all’interno della batteria si verifica una caduta di tensione (Ui ). Nel momento in cui una corrente (IE) attraversa la batteria, in essa si attiva una resistenza interna (Ri ) (fig. 2), collegata in serie con le resistenze degli utilizzatori (Rv ). La tensione assorbita da questa resistenza (Ui ) non può più essere utilizzata ai fini dell’alimentazione. La resistenza interna dipende in larga misura dalla temperatura dell’elettrolito. Alle basse temperature, infatti, la reazione elettrochimica è soggetta a perdite maggiori rispetto alle alte temperature. La caduta di tensione dipende fortemente anche dalle condizioni di carica. Più la batteria è scarica, maggiore sarà la resistenza interna.

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Tensione di carica. È la tensione con cui una batteria viene caricata dall’alternatore o da un caricabatteria esterno. Una volta raggiunta una tensione di circa 14,4 V, se la batteria viene ulteriormente caricata, essa incomincia a erogare gas ( tensione di gassificazione). All’interno della batteria tale processo comporta una perdita d’acqua, parte della quale viene scissa in idrogeno e ossigeno, generando una miscela altamente esplosiva. Ecco perché, in fase di caricamento mediante alternatore e appositi caricabatterie, la tensione di carica viene regolata (linea caratteristica IU) e mantenuta al di sotto della tensione di gassificazione. A mano a mano che essa aumenta, la tensione di gassificazione e, quindi, la tensione di carica massima diminuisce. Si raggiunge la carica massima nel momento in cui, al termine del processo di carica, la densità dell’acido non aumenta più.

 

Tensione di scarica. Una batteria è scarica quando la tensione degli elementi diminuisce fino alla tensione di fine scarica di 1,75 V. La densità dell’elettrolito scende fino a circa 1,12 g/cm3 .

 

Corrente di spunto. All’avviamento del motore di un’automobile, la batteria eroga per breve tempo una corrente estremamente intensa, che può raggiungere i 400 A e richiede circa l’1% della capacità nominale

 

Corrente di cortocircuito. È il massimo flusso di corrente possibile che una batteria è in grado di erogare e dipende dalla superficie delle piastre. Una batteria può resistere alla corrente di cortocircuito per un massimo di 2 secondi.

 

 

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Tipi di batterie

 

Batteria di avviamento senza manutenzione

Hanno dei tappi per il riempimento dell’elettrolito e per il rabbocco con acqua distillata. Le piastre a griglia di queste batterie al piombo contengono antimonio, che conferisce loro la resistenza meccanica desiderata. L’antimonio, tuttavia, contribuisce all’autoscarica e, quindi, alla gassificazione e a un consumo di acqua conseguentemente elevato. Quando sono nuove, queste batterie vengono pertanto conservate a secco. Il loro primo riempimento dev’essere effettuato almeno 20 minuti prima della messa in servizio con acido solforico al 37%.

 

Batteria di avviamento assolutamente senza manutenzione

Queste batterie non sono provviste di tappi di riempimento e vengono conservate cariche. Le piastre a griglia in piombo contengono calcio anziché antimonio, il che riduce sensibilmente l’autoscarica e la scissione dell’acqua. La riserva di elettrolito incamerata al di sopra delle piastre è, quindi, sufficiente per l’intera durata della batteria, che si addice all’impiego in veicoli destinati a rimanere in circolazione per tempi prolungati. La batteria possiede soltanto dei fori di sfiato del gas, attraverso un sistema a labirinto di sicurezza. Non potendo più controllare lo stato di carica con il densimetro, molte di queste batterie sono munite di display di controllo integrati, che forniscono un’idea generale delle loro condizioni di carica. Di seguito alcuni esempi dei valori che possono comparire sul display:

  • Verde: regolare (OK);
  • Grigio: ricaricare (check);
  • Bianco: sostituire (change)

 

Batterie Heavy Duty

Appositi separatori, muniti di feltro in fibra di vetro, sostengono la piastra positiva e riducono la formazione di fango. Il fissaggio con resina o plastica impedisce l’allentamento dei blocchi delle piastre. Queste batterie sono particolarmente indicate per i macchinari da costruzione

 

Batterie con elettrolito legato

L’elettrolito non è più in forma liquida, bensì può essere legato all’interno di un gel o di fibre. La distanza tra le piastre positive e negative è inferiore, il che riduce la resistenza interna. Una reazione chimica impedisce la gassificazione attraverso una ricombinazione interna dell’ossigeno. In altre parole, all’interno dell’elemento i gas si ritrasformano in acqua e Presenta le seguenti caratteristiche:

  • autoscarica estremamente ridotta;
  • forma compatta, non essendovi la camera di raccolta dell’elettrolito;
  • corrente di cortocircuito elevata;
  • valvola di sicurezza in caso di un eccessivo aumento di pressione.

Queste batterie sono indicate per i veicoli ad alta percorrenza chilometrica e possono essere utilizzate anche come batterie di alimentazione. Si distinguono tra batterie al gel e batterie con tecnologia AGM.

 

Tecnologia AGM. Questo modello presenta strati intermedi di feltro in fibra di vetro che racchiudono e legano l’acido. In seguito all’effetto capillare e all’umettamento, l’elettrolito liquido viene assorbito dal reticolo di microfibre (AGM, Absorbent Glass Mat). Esse costituiscono al tempo stesso il separatore ed esercitano una pressione elevata e uniforme sulla superficie delle piastre. Il materiale attivo si lega pertanto saldamente all’interno del feltro. Così facendo, si evita la precipitazione della massa attiva e, contemporaneamente, si migliora la resistenza alle vibrazioni grazie all’effetto di sostegno. In un modello costruttivo particolare, le piastre in piombo e il feltro in fibra di vetro sono avvolti, incrementando così ulteriormente la compattezza dell’insieme.

 

 

 

Sensore della batteria

Una piccola centralina integrata nel sensore della batteria rileva il valore teorico ottimale della tensione di carica in base alla temperatura della batteria misurata in tempo reale e alle condizioni di carica. Per calcolare lo stato di carica della batteria (SoC, State of Charge), si registrano e si memorizzano la corrente di carica e scarica, la tensione ai morsetti e la temperatura dell’elettrolito a ogni condizione di funzionamento del veicolo. Il sensore è annegato nel supporto in cui è alloggiato il polo del cavo negativo della batteria

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