Batterie Nickel-Cadmio (NC)

Le batterie al Nickel Cadmio (in gergo modellistica “batterie NC”) rivestono grande importanza nel modellismo per l’alimentazione di radiocomandi o batterie per la propulsione. Esse risultano affidabili, potenti e non necessitano di cure particolari. Tuttavia è opportuno rispettare alcuni suggerimenti riguardanti queste batterie, affinché esse ripaghino regalando lunghe durate nel tempo e massime capacità.

Quantità di carica
La quantità di carica (C) è stata ideata per quantificare l’entità delle correnti di ricarica o scarica. Essa mette in relazione la corrente di carica con la capacità della batteria. Se vogliamo per esempio ricaricare una batteria con capacità 600mAh con una quantità di carica 1C, allora dovrà scorrere una corrente pari a 600mA

Formazione
Una batteria nuova o non utilizzata da parecchio tempo deve essere formata prima di venire utilizzata. Anche una batteria scaricata troppo deve essere formata dal momento che esiste il rischio che alcune celle abbiano potuto invertire la polarità. La formazione consiste nel caricare la batteria per un tempo di 20-24 ore ad una intensità pari a 0.1C (1/10C).

Ricarica
Per valori compresi tra 0.1 – 0.2 C si parla di ricarica normale. Poiché occorre immagazzinare nella batteria sempre qualcosa in più, rispetto a quanto essa può contenere, la durata per una ricarica a 0.1C non è di 10 ore ma di 14 (Coefficiente di Carica pari a 1.4). questo significa che la ricarica normale comporta un fattore di sovraccarica del 40%.

Solo per durate maggiori di 100 ore la sovraccarica comincia a danneggiare la batteria: questo va evitato poiché in questo caso l’energia elettrica non viene più immagazzinata ma da luogo a processi chimici che diminuiscono la vita della batteria.

Si parla di ricarica accelerata se scorre una corrente pari a 0.3 – 0.5 C

La ricarica rapida prevede invece la carica delle batterie con valori maggiori di 1C. per valori superiori a 0.1C è necessario interrompere la corrente di carica non appena la batteria risulta carica. Il sistema digitale “DeltaPeak” serve per esempio come criterio di spegnimento. In questo caso viene determinata la diminuzione di tensione che interviene quando la batteria è completamente carica.

All’interno della batteria si formano diverse strutture cristalline in base al valore della quantità di carica. Scariche delle batterie con alte correnti devono pertanto essere seguite da cariche rapide. Maggiore risulta il valore della corrente di carica, minore risulterà essere il crollo di tensione durante la scarica.

Raccomandiamo le seguenti modalità di ricarica per le batterie NC
Batterie ad alta energia, 1 – 2 C. rispettare anche le norme fornite dal produttore

Batterie ad alta intensità di corrente , 2 – 3C massimo 5C. rispettare gli eventuali valori massimi di corrente di carica riportati dal costruttore. Accettarsi anche che i contatti ed i cavi per la ricarica siano idonei a sopportare tali intensità

Autoscarica
Le batterie VC hanno un coefficiente di autoscarica del 0.5…1% al giorno (20°). Questo significa che dopo ca. 100…200 giorni una batteria, in precedenza completamente carica, si scarica totalmente pur non essendo mai stata utilizzata. In questo frangente è necessario ricaricare tassativamente le batterie prima di ogni utilizzo.

Conservazione della batterie
Se si prevede di non utilizzare la batteria per un lungo periodo di tempo, occorre prima scaricarla e conservarla in un luogo asciutto e fresco. In questo modo la batteria riacquista la sua quasi totale capacità anche dopo un solo ciclo di formazione. Se la batteria non era stata scaricata in precedenza, la prima ricarica sarà in grado di fornire il 90 – 95 % della capacità e della tensione; soltanto dopo 2 – 3 cicli di ricarica vengono ripristinate le prestazioni originali.

Durata
Le batterie NC hanno un periodo di vita di ca. 500.. 1000 cicli a seconda dell’utilizzo e della modalità di ricarica. Trascorso questo periodo la batteria è da considerarsi esaurita e deve essere smaltita in maniera corretta

Temperatura
Le batterie NC si surriscaldano parecchio durante una scarica ad alta energia. Risulta pertanto assolutamente necessario lasciare raffreddare le celle prima della ricarica. Una cella tiepida o molto calda riesce a immagazzinare meno carica e di conseguenza fornirà meno energia.

Tensione finale di spegnimento, scarica profonda
La tensione finale di spegnimento ammissibile risulta, misurata sotto carico, pari ca. 0.85V per cella.
Per scariche maggiori si parla di scariche profonde. Esse possono causare l’inversione di polarità di una o + celle; il potenziale negativo stazionerà al polo positivo e viceversa (verificare per bassi carichi con un voltimetro).
Simili difetti possono essere evitati effettuando subito una ricarica normale di 14 ore.

Le batterie NC non sono comunque così sensibili alla scarica profonda come quelle NiMh.
Tuttavia, mantenere le batterie NC in uno stato di scarica profonda per lunghi periodi può portare a difetti nelle celle anche in queste batterie..

Qualora si lavori con celle NC, è assolutamente opportuno rispettare alcune norme di sicurezza per evitare danni alle persone o cose. Chiunque utilizzi tali batterie, se ne assume la responsabilità.

• Le celle NC devono essere mantenute al riparo dal fuoco: pericolo di esplosione
• Non aprire mai con la forza le celle NC, pericolo di corrosione
• Con cortocircuitare mai con la forza celle NC, pericolo di incendio o esplosione
• Tenere l’elettrolita fuoriuscito lontano dagli occhi e dalla pelle; qualora esse venisse a contatto , lavare subito la parte interessata con abbondante acqua limpida e rivolgersi successivamente ad un medico. Non porre le celle a contatto con la bocca: pericolo di avvelenamento
• Non saltade mai con il saldatore sull’involucro della cella. Il polo negativo risulta particolarmente sensibile.
• Una batteria NC carica non è un giocattolo per bambini. Tenere le batterie in luoghi inaccessibili ai bambini
• Rispettare assolutamente durante la ricarica / scarica le norme prescritte dal produttore delle batterie.





Batterie Nickel-Metal Idrato (NiMH)

Tali moderne batterie si sono sviluppate negli ultimi anni e si sono imposte subito come valida alternativa alle NC. Sono in grado di sopportare alte intensità di corrente e possono pertanto venire utilizzate come batterie per radiocomandi o per la propulsione elettrica. Forniscono di norma 1.5 volte della capacità di batterie NC a parità di peso, e sono oltretutto + rispettose verso l’ambiente

Quantità di carica
La quantità di carica (C) è stata ideata per quantificare l’entità delle correnti di ricarica o scarica. Essa mette in relazione la corrente di carica con la capacità della batteria. Se vogliamo per esempio ricaricare una batteria con capacità 600mAh con una quantità di carica 1C, allora dovrà scorrere una corrente pari a 600mA

Formazione
Una batteria nuova o non utilizzata da parecchio tempo deve essere formata prima di venire utilizzata. Anche una batteria scaricata troppo deve essere formata dal momento che esiste il rischio che alcune celle abbiano potuto invertire la polarità. La formazione consiste nel caricare la batteria per un tempo di 24-26 ore ad una intensità pari a 0.1C (1/10C).

Ricarica
Per valori compresi tra 0.1 – 0.2 C si parla di ricarica normale. Poiché occorre immagazzinare nella batteria sempre qualcosa in più, rispetto a quanto essa può contenere, la durata per una ricarica a 0.1C non è di 10 ore ma di 16 (Coefficiente di Carica pari a 1.6). questo significa che la ricarica normale comporta un fattore di sovraccarica del 60%.

Per durate maggiori, la sovraccarica comincia a danneggiare la batteria: questa evenienza va evitata poiché in questo caso l’energia elettrica non viene più immagazzinata ma da luogo a processi chimici che diminuiscono la vita della batteria.

Si parla di ricarica accelerata se scorre una corrente pari a 0.3 – 0.5 C

La ricarica rapida prevede invece la carica delle batterie con valori maggiori di 0.5C. per valori superiori a 0.1C è necessario interrompere la corrente di carica non appena la batteria risulta carica. Il sistema digitale “DeltaPeak” serve per esempio come criterio di spegnimento. In questo caso viene determinata la diminuzione di tensione che interviene quando la batteria è completamente carica.

All’interno della batteria si formano diverse strutture cristalline in base al valore della quantità di carica. Scariche delle batterie con alte correnti devono pertanto essere seguite da cariche rapide. Maggiore risulta il valore della corrente di carica, minore risulterà essere il crollo di tensione durante la scarica.

Raccomandiamo le seguenti modalità di ricarica per le batterie NiMH
Batterie ad alta energia, 0.5.. 1C. Rispettate anche le norme del produttore

Batterie ad alta intensità di corrente, di norma 1C, alcuni tipi anche 1.5.. 2C. rispettate i valori massimi di corrente di carica riportati dal consumatore.

Autoscarica
Le batterie NiMH hanno un coefficiente di autoscarica del 1.5% al giorno (20°). Questo significa che dopo ca. 75 giorni una batteria, in precedenza completamente carica, si scarica totalmente pur non essendo mai stata utilizzata. In questo frangente è necessario ricaricare tassativamente le batterie prima di ogni utilizzo.

Conservazione delle batterie

Se si prevede di non utilizzare la batteria NiMH per un periodo di tempo, occorre conservarla in un luogo fresco e asciutto (10 fino a 30°C); in questo frangente è opportuno che la batteria possieda, prima di essere riposta, almeno il 30.. 100% della propria capacità. In questo modo la batteria riacquista la sua quasi totale capacità anche dopo un solo ciclo di formazione.

Durata
Le batterie NiMH hanno un periodo di vita di ca. 500.. 1000 cicli a seconda dell’utilizzo e della modalità di ricarica. Trascorso questo periodo la batteria è da considerarsi esaurita e deve essere smaltita in maniera corretta

Temperatura
Le batterie NiMH si surriscaldano parecchio durante una scarica ad alta energia. Risulta pertanto assolutamente necessario lasciare raffreddare le celle prima della ricarica. Una cella tiepida o molto calda riesce a immagazzinare meno carica e di conseguenza fornirà meno energia.

Tensione finale di spegnimento, scarica profonda
La tensione finale di spegnimento ammissibile risulta, misurata sotto carico, pari ca. 1V per cella.
Per scariche maggiori si parla di scariche profonde. Esse possono causare l’inversione di polarità di una o + celle; il potenziale negativo stazionerà al polo positivo e viceversa (verificare per bassi carichi con un voltimetro).
Simili difetti possono essere evitati effettuando subito una ricarica normale di 14-16 ore.

Evitare assolutamente scariche profonde con batterie NiMH; esse possono portare difetti irreparabili nelle celle.

Qualora si lavori con celle NC, è assolutamente opportuno rispettare alcune norme di sicurezza per evitare danni alle persone o cose. Chiunque utilizzi tali batterie, se ne assume la responsabilità.

• Le celle NiMH devono essere mantenute al riparo dal fuoco: pericolo di esplosione
• Non aprire mai con la forza le celle NiMH, pericolo di corrosione
• Con cortocircuitare mai con la forza celle NiMH, pericolo di incendio o esplosione
• Tenere l’elettrolita fuoriuscito lontano dagli occhi e dalla pelle; qualora esse venisse a contatto , lavare subito la parte interessata con abbondante acqua limpida e rivolgersi successivamente ad un medico. Non porre le celle a contatto con la bocca: pericolo di avvelenamento
• Non saltade mai con il saldatore sull’involucro della cella. Il polo negativo risulta particolarmente sensibile.
• Una batteria NiMH carica non è un giocattolo per bambini. Tenere le batterie in luoghi inaccessibili ai bambini
• Rispettare assolutamente durante la ricarica / scarica le norme prescritte dal produttore delle batterie.

Batterie al Litio (LI e LP)

Introduzione
Esistono diversi tipi di batterie al litio:
1. batterie a ioni di litio con elettrolita fluido e 3.6V per tensione nominale, la prima generazione di batterie al litio poco diffusa in ambito modellistica.
2. batterie a ioni di litio con elettrolita fluido e 3.7 V di tensione nominale, la seconda generazione di batterie al litio provvista di cappuccio in metallo.
3. batterie a polimeri-ioni di litio con elettrolita sotto forma di gel e tensione nominale di 3.7V, ovvero la generazione attuale di batterie al litio denominata anche Lipoly. Durante la carica o la scarica, l’elettrolita in gel permette una riduzione della pressione all’interno della singola cella, rendendo sufficiente anche solo una lamina sottile di rivestimento della batteria. Le sue caratteristiche di scarso peso ed elevata densità energetica ne hanno decretato la sua notevole diffusione nel modellismo.

Procedura di carica
Le batterie a polimeri di litio vengono caricate con una tensione costante. La procedura è la medesima per tutti i tipi di batterie al litio, mentre la tensione di spegnimento varia in base alla tensione nominale. Sul caricatore si seleziona dunque la tensione nominale in base alla quale il caricabatteria si calcola la corretta tensione di spegnimento. Il valore massimo impostabile per la corrente è pari a 1C.

Durante la prima fase di carica, la tensione della batteria sale lentamente fino ad un valore di 4.1 – 4.2 V per cella. Durante questa fase il caricabatteria controlla che la corrente rimanga costante sul valore prestabilito.
Questa prima fase dura circa 50-60 minuti nel caso di una batteria scarica e con una corrente di carica di 1C. contemporaneamente la capacità della batteria viene ricaricata all’80%

Durante la seconda fase la corrente di carica diminuisce dal momento che la differenza di tensione tra batterie e caricabatteria diviene sempre minore.
Sono necessari altri 35-40 minuti per caricare il resto della capacità.
Al raggiungimento del livello inferiore di corrente pari a ca. 50 mA, il caricabatteria interrompe la procedura di ricarica.

Per un valore 1C, questo implica una durata complessiva del processo di carica di almeno 90 minuti per batterie scariche.

In generale le batterie Lipoly vengono contraddistinte dalle seguenti specifiche:
Corrente di scarica
1C corrisponde alla capacità = Corrente di carica
• Esempio: cella Lipoly da 1500 mAh; 1C = 1500mA (=1.5A) corrente di carica
Corrente di scarica
3-5-10-12-18-20-25 C, per brevissimi periodi fino a 50 C

Tensione finale di carica
Per celle con tensione nominale 3.7V = 4.2V

Tensione finale di scarica
Per celle con tensione nominale 3.7V = 2.5V

AVVERTENZA IMPORTANTE:
Se vengono oltrepassati rispettivamente i valori massimi e minimi di tensione finale, la cella si rovina e perde di conseguenza parte della sua capacità. Se tale superamento è prolungato nel tempo, la cella si danneggia, può esplodere ed infiammarsi.

Vita utile
La durata teorica di una cella con correnti di scarica minime è di ca. 500 cicli di carica/scarica. Nel caso di correnti di carica di maggiore entità, ca. 3-5C la durata diminuisce e si attesta interno a ca. 200 cicli. Con correnti di scarica ancora più rilevanti, la diminuzione di cicli è ancora più marcata.

Intervallo di temperatura
Carica -> 0° … + 45° C
Scarica .> -20° … +60° C

Comportamento al variare della temperatura
Le celle al litio presentano una dipendenza dalla temperatura molto elevate; in corrispondenza di temperature molto basse o molto elevate non sono in grado di fornire tutta la loro capacità nominale.
Sia durante la ricarica (45°) che anche durante la scarica (60°) non dovrebbe mai essere oltrepassata la temperatura di 45°C all’esterno della cella, per scongiurare danni permanenti alla cella medesima sotto forma di perdita di capacità.
Qualora questa temperatura venga oltrepassata per periodi di tempo maggiori, la cella si danneggia , o può esplodere ed infiammarsi.

Variazioni di capacità
Qualora vengano unite + celle per formare un pacco batteria e la carica sia eseguita con una corrente maggiore, ciascun elemento della cella si riscalderà in maniera differente dall’altro poiché quelli più interni smaltisco0no il calore in modo molto meno efficiente.

In questo modo varia la resistenza interna e la capacità distribuita risulta essere minore. Questa cella risulta scarica prematuramente e di conseguenza sussiste il rischio che venga ulteriormente scaricata al di sotto del valore di 2.5V.

Specialmente in occasione di temperature esterne molto basse si creano rilevanti differenze di capacità. Per fare un esempio, nelle batterie Lipoly installate su elicotteri elettrici può succedere che le celle più avanti , ovvero quelle a diretto contatto con il vento frontale, siano raffreddate maggiormente rispetto a quelle più interne che risulteranno più calde. Le celle più fredde possiedono dunque una capacità minore e sussiste quindi il rischio che si scarichino al di sotto della tensione finale.

Si raccomanda pertanto di scaricale le celle Lipoly fino ad un valore minimo di 3V di tensione finale per scongiurare alle medesime eventuali danni permanenti. Occorre inoltre accertarsi, nella ricarica successiva, di portare tutte le celle al medesimo livello di tensione.

Conservazione
Le celle Lipoly sono caratterizzate da un valore di autoscarica estremamente ridotto (ca. 0.2% al giorno) e possono pertanto essere lasciate inutilizzate per lunghi periodi di tempo senza problemi.
Per periodi di inattività ancora più lunghi dovrebbero essere caricate fino a circa il 50 – 80 % della capacità nominale. Successivamente, passati ca. 4 – 6 mesi devono essere nuovamente ricaricate.

Effetto memoria, capacità delle celle
Poiché le celle Lipoly non presentano il fenomeno dell’effetto memoria, esse non necessitano di cicli di carica – scarica altrimenti indispensabili nelle batterie NC o NiMH.
Anche la scarica prima della carica non va effettuata.

Questo causerebbe un inutile perdita di capacità della cella , dal momento che dopo ogni ricarica le batterie Lipoly perdono una piccolissima percentuale di capacità.

Assemblaggio di pacchi batteria
La saldatura in serie o in parallelo di alcune celle Lipoly per incrementare la tensione o la capacità risulta problematica per differenze di tensione di carica e di capacità che vengono a crearsi.
Solamente celle selezionate di buon livello possono essere saldate per creare pacchi batterie.

Questo fatto causa tuttavia dei problemi durante la carica di celle Lipoly saldate in serie. Come prima accennato, ciascuna cella ha una sua propria carica e tensione differente dalle altre. La tensione complessiva finale di carica – alla fine del processo- non si distribuisce in eguale misura in tutte le celle; di conseguenza celle a tensione maggiore possono venire sovraccaricate.

Per scongiurare questo pericolo, le singole celle devono essere portate alla tensione finale di 4.2V

La ricarica di celle saldate in parallelo non presenta problemi, dal momento che in questo modo la corrente totale si distribuisce uniformemente nelle singole celle.

A causa delle differenti tolleranze dimensionali, ma soprattutto anche delle differenti temperature raggiunte durante la scarica – le celle più esterne si raffreddano meglio di quelle interne – le celle polimeri di litio saldate in serie acquisiscono differenti condizione interne.
Per evitare sovraccarichi o scariche troppo intense, con conseguenti danni permanenti alle celle, si raccomanda di portare le celle durante la carica al medesimo livello di tensione. Si usa solitamente un Equalizer, esso verifica il livello di tensione di batterie LiPo di 2 – 3 o più celle saldate in serie e ne distribuisce la tensione sul medesimo livello.

Molte delle batterie Lipoly sono già equipaggiate con un cavo sensore utile per il collegamento con l’equalizzatore. Sono comunque disponibili separatamente anche i singoli cavi sensore da montare su pacchi batterie sprovvisti dei medesimi.


informazioni prese dal manuale d'istruzioni della stazione automatica di ricarica
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