Caricabatterie (elettricità)

Un caricabatterie è un dispositivo che permette di ricaricare uno o più accumulatori elettrici , raggruppati o meno in batteria , iniettando una corrente elettrica opposta al senso di utilizzo (scarica).

I principi

Il circuito più semplice è una sorgente elettrica continua e stabilizzata in tensione, limitata in corrente o viceversa.

Il caricabatterie può essere una sorgente di tensione costante (in volt ), la corrente di carica decresce con l'aumento della tensione della batteria rispetto alla carica (caricatore lineare).
Il caricabatterie può essere una sorgente di corrente costante (in ampere), la tensione aumenta con la carica; questo tipo di caricabatterie comporta generalmente uno scrupoloso controllo del tempo di carica, pena il degrado degli accumulatori. Vedere la formula per il calcolo del tempo di ricarica.

I caricatori lineari sono generalmente composti da un circuito di regolazione a settori piuttosto tradizionale costituito da un trasformatore seguito da un recupero in diodi e un livellamento tramite condensatori / induttanze ed infine un circuito di controllo.

I caricabatterie a corrente costante sono più complessi e basati su circuiti di commutazione .

Determinazione del tempo di ricarica

La quantità di energia contenuta in una batteria o accumulatore è espressa in wattora (Wh), in kilowattora (kWh), oppure in milliwattora , unità non SI ma omogenee al joule .

In pratica, i produttori generalmente annunciano la carica elettrica massima Q di una batteria annunciata in amperora (Ah) o milliampereora (mAh), unità omogenea al coulomb , nonché la tensione media erogata dalla batteria in volt (V ).

La corrente di carico massima I max è data direttamente in ampere o talvolta in coefficiente AC , con . ${\ displaystyle CA = {\ frac {I _ {\ text {max}}} {Q}}}$

La corrente di carica nominale I (che deve essere inferiore o uguale alla corrente di carica I max ) è determinata dal caricabatterie.

Il tempo di ricarica T può essere stimato mediante il calcolo: . ${\ displaystyle T = {\ frac {Q} {I}}}$

Per esempio :

per una batteria di capacità energetica di 7 Ah con un carico nominale di 1 A : ; ${\ displaystyle T = {\ frac {7} {1}} = 7 \, {\ text {h}}}$
per un accumulatore da 60 Ah con un carico nominale di CA = 0,2, ${\ displaystyle I _ {\ text {max}} = 60 * 0,2 = 12 \, {\ text {A}}}$

{\ displaystyle T = {\ frac {60} {12}} = 5 \, {\ text {h}} \, (= {\ frac {1} {CA}})}

I è spesso inferiore a I max perché, maggiore è la corrente da fornire, maggiore è il prezzo del caricabatterie. Inoltre, una corrente di carica troppo elevata può causare surriscaldamento e quindi una riduzione della durata della batteria.

Controllo di fine carica

Il controllo di fine carica è essenziale per un caricabatterie. Permette, a seconda del tipo di accumulatore, di determinare se la batteria o l'accumulatore ha completato il suo ciclo di carica . I caricabatterie moderni combinano diversi metodi di controllo per garantire che la batteria non venga danneggiata.

Controllo del tempo

Consiste nell'interrompere la carica dopo un tempo prestabilito. Tale tempo di carica viene programmato manualmente, o calcolandolo appositamente , oppure selezionando la capacità della batteria sul timer che corrisponde ad un tempo di carica predeterminato.

Controllo della soglia di tensione

Quando l'accumulatore o la batteria raggiungono o superano una determinata soglia, la carica è considerata completa.

Esempio: accumulatore al piombo .

Controllo per soglia corrente

Quando il consumo di corrente scende al di sotto di una certa soglia, il carico viene fermato.

Esempi: accumulatore al piombo , accumulatore litio ferro fosfato .

Controllo per variazione negativa della tensione

Nonostante l'iniezione di corrente nell'accumulatore, la tensione inizia a diminuire. Questo è il segno che la carica è terminata.

Esempi: accumulatore agli ioni di litio , batteria al nichel-metallo idruro (carica rapida).

Caricabatterie per microcontrollore

In questo tipo di caricabatterie, la ricarica viene eseguita secondo un programma eseguito da un microcontrollore .

Un caricabatterie per microcontrollori può avere diversi vantaggi, ad esempio:

adattare la corrente e il tempo di ricarica in base alla capacità e alla tensione della batteria;
rilevare la fine della carica in modo combinato;
rilevamento di una polarità inversa;
monitorare la temperatura della batteria se il caricabatterie o la batteria ha un sensore termico ;
mantenere automaticamente il livello di carica, prevenendo il fenomeno dell'autoscarica ;

Questi caricabatterie spesso vengono denominati in marketing "caricabatterie intelligente".

I caricabatterie sono dotati di un circuito di carica (parte di potenza), un circuito di controllo (parte di controllo) e, se necessario, un circuito di prescarica. Il circuito di prescarica servirà alla scarica completa della batteria prima di ricaricarla, evitando l' effetto memoria .

Caricabatterie veloce

Un cosiddetto caricabatterie "veloce" è un caricabatterie che inietta un'elevata corrente di carica e quindi riduce il tempo di ricarica. Questo termine è un nome commerciale, perché la nozione di velocità è relativa e non dice nulla sulle altre caratteristiche del caricabatterie (completezza della carica, durata della batteria, efficienza energetica, sicurezza, ecc.). Nella carica rapida, gli accumulatori si riscaldano di più e la loro durata può ridursi, in particolare se vengono superate le caratteristiche di carica degli accumulatori.

Caricabatterie per veicoli elettrici

Caricabatterie per batterie al piombo

Caricabatterie a impulsi

È una tecnologia recente; impulsi di tensione negativa, emessi durante la fase di carica, impediscono la solfatazione (una reazione chimica ) sui pad della batteria. Ciò prolunga la durata delle batterie.

Nel caso di batterie vecchie, ridurrebbe gradualmente l'accumulo di solfato sulle piastre (desolfatazione), ripristinando l'efficienza di questo tipo di batteria.

Caricabatterie per la batteria del veicolo ( motore a combustione interna )

Possiamo distinguere tre principali tipologie di caricabatterie per auto:

il caricabatterie semplice, con una discreta scelta di modalità di ricarica ( es: scelta tra cariche da due e dieci ampere), utilizzando ad esempio un selettore;
il caricabatterie automatico (denominato “intelligente”) con ampia scelta di programmi di carica o mantenimento, con indicatore del livello di carica, e spegnimento automatico;
il caricabatteria professionale, la cui potenza attiverà direttamente anche un motorino di avviamento in caso di guasto totale della batteria;
il caricatore portatile di emergenza, a sua volta dotato di batteria tampone, o “ booster ” che fornisce aiuto all'avviamento in caso di guasto della batteria.

Sebbene la maggior parte di questi caricabatterie sia adatta alla tensione delle batterie più comuni (12 V , in automobile ), alcuni sono specifici per un'altra tensione o possono commutare manualmente o automaticamente per ricaricare batterie da 6 V ( motocicletta ) o 24 V ( camion , trattore ).

Fonte di alimentazione per caricabatterie

Sul mercato vengono utilizzate diverse fonti di energia per i caricabatterie elettrici. Se i caricabatterie sono alimentati, più convenzionalmente, dal settore , alcuni utilizzano la presa accendisigari mentre altri producono anche la loro elettricità da energia solare, eolica, ecc. La porta USB può essere utilizzata anche direttamente come fonte di alimentazione.

Custodia per porta USB

Molti dispositivi elettronici portatili, che incorporano un proprio circuito di controllo della carica, non richiedono più un caricabatterie costituito da un semplice alimentatore stabilizzato. Questo è particolarmente vero per gli attuali telefoni cellulari , GPS , lettori musicali , ecc. Questa semplificazione dei caricabatterie ha permesso di sostituirli con altre fonti di alimentazione stabilizzata come le porte USB per computer che forniscono alimentazione alle periferiche.

Nel 2009, l' Unione Europea ha fatto pressione sui principali produttori di telefoni cellulari per standardizzare i connettori e le tensioni dei caricabatterie. Il formato scelto era micro-USB.

Sempre più produttori forniscono caricabatterie dotati di presa di uscita USB-A (femmina) con cavo USB / micro-USB.

Caricatore solare

La conversione dei raggi solari in energia elettrica avviene tramite l' effetto fotovoltaico . I caricabatterie solari consentono quindi la ricarica delle batterie. Sono utilizzati in particolare dai militari come fonte di ricarica in molti paesi e per alimentare le batterie dei sistemi di comunicazione o dei sistemi di pompaggio. Come parte di un'installazione energetica indipendente, questi caricabatterie possono ricaricare un'intera rete di batterie che a loro volta alimentano un campo.

Caricabatterie eolico

Esistono caricabatterie a energia eolica e possono integrare i caricabatterie solari, principalmente sulle barche a vela.

Accendino

Questi caricabatterie sono progettati specificamente per l'uso in un veicolo, tramite la presa accendisigari che fornisce una tensione di 12 V .

Esistono anche adattatori di tensione USB tipo A femmina (con uscita a 5 V ) da collegare direttamente all'accendisigari. Questi adattatori consentono di ricaricare le batterie di lettori MP3, fotocamere, iPhone, iPod, ecc. (Vedi Caso della porta USB ).

Ambiente

Oggi le batterie o gli accumulatori ricaricabili sono utilizzati in telefoni cordless, cellulari , fotocamere digitali, utensili, giocattoli, radio, radiocomandi, sistemi di allarme, elettroutensili portatili, ecc. L'utilizzo di batterie ricaricabili produce meno rifiuti riciclabili rispetto alle batterie usa e getta. In questo senso, i caricabatterie aiutano a preservare l'ambiente.

Vantaggi di un caricabatterie universale

Tuttavia, il guasto di un caricabatterie specifico può essere causa per l'acquisto del dispositivo elettronico completo. Questo è stato particolarmente vero per telefoni cellulari e smartphone . Tuttavia, si stima che 100.000 tonnellate di rifiuti di apparecchiature elettriche ed elettroniche siano dovute alla mancanza di un caricabatterie universale. Per questo, nel 2009, la Commissione Europea ha annunciato, d'intesa con diciassette produttori di telefoni cellulari, un caricabatterie universale per “ridurre l'inquinamento legato a queste apparecchiature e semplificare la vita degli utenti. Tuttavia, alcuni produttori continuano a proporre caricabatterie diversi dal caricabatterie universale, a quanto pare per l'importo irrisorio dell'aumento dell'eco-contributo , che passa da 0,01 € a 0,02 € in nessun caricabatterie universale.

Note e riferimenti

Ricarica delle batterie al nichel , su ni-cd.net .
"Caricabatterie: principio, confronto, precauzioni" , su forum-auto.caradisiac.com .
“Micro-USB come standard europeo universale per la ricarica dei telefoni cellulari nel 2011” , su clubic.com , 30 dicembre 2010.