Discussione: che relazione hanno il voltaggio e amperaggio

volevo sapere come si può capire a che tensione e a che intensità di corrente si decide di ricaricare una qualsiasi batteria o pila... a partire dalle semplici pile ad 1,5v fino a quelle da 12 volt con amperaggio molto alto per le automobili... grazie

se non mi spiego chiedete pure

Ciao ti dico quello che so.

A differenza delle normali pile che compriamo e gettiamo, le pile ricaricabili hanno una tensione più bassa di qualche decimo di Volt, di solito 1,5 per quelle usa e getta contro 1,2-1,25 per quelle ricaricabili. Ovviamente la tecnologia costruttiva della pila può alterare tempi di ricarica, voltaggi da applicare e ovviamente capacità. Parlerò quindi delle pile Ni-Cd, che sono quelle con cui lavoro io

Allora, facciamo un esempio prendendo una pila tipo stilo da 1,2 Volt e 800 mA per ora.

Per determinare la corrente di carica di solito si segue la regola secondo la quale la corrente di carica è inferiore ad un decimo di quella nominale, quindi 0.08 A/h, per un tempo di circa 12-14 ore. In realtà alcune pile ammettono l'uso di correnti ai capi più alte, ma questo vuol dire stressare molto i componenti della stessa pila e quindi ridurne la durata.
Ovviamente la tensione và mantenuta a 1,2 Volt. Consiglio l'uso di stabilizzatori della serie LM, in particolare LM317.

La carica vien fatta con una tensione stabilizzata da un opportuno alimentatore, che nei progetti più complessi verifica periodicamente la carica della batteria per individuare il momento in cui questa è Full- Charged.

La nosta pila una volta ricaricata ci permetterà di ottenere in un'ora un totale di 800 mA/h ad una tensione di 1,2 Volt.

Vediamo come dimensionare un po la cosa.

La tensione prelevata dal nostro stabilizzatore và ora limitata in corrente (vogliamo 0,08 A/h per un totale di 0,8 A in dieci ore...ma terremo sotto carica la pila per un po di più perchè parte della corrente che inviamo vien dissipata per effetto Joule dalal stessa pila e quindi vien persa.).

La legge che fa al caso nostro è la mitica legge di Ohm, secondo la quale V=RI ove V è la tensione, I la corrente ed R la resistenza.

Quindi siccome R= V/I allora R= 1,25/0,08 = 15,625 Ohm.

Sceglieremo allora un resistore da 16 Ohm (Meglio abbondare con la dissipazione del resistore, fai due conti quindi ed abbonda poi che non si sa mai...per es 1/2 Watt dovrebbe bastare ad occhio e croce, non ho fatto i conti. Se non lo troviamo compriamo dei resistori di valore tale che la somma sia 16 Ohm e li mettiamo in serie, ma tutti con la stessa dissipazione).

A questo punto, vedendo i Data Sheet del LM317 possiamo sgraffignare lo schemino mettendo la resistenza al posto giusto e farci il nostro caricabatterie semplice ma funzionante.

Io comunque ti consiglio di acquistare un caricabatterie bello e fatto perchè fra trasformatorino, diodi, condensatori, stabilizzatori e tempo perso a montare tutto alla fine ci vai sotto a fartelo da te. Inoltre sai che è bello e funzionante, mentre un tuo circuito, sebbene impareggiabile sia il veder un proprio circuito funzionare, potrebbe anche farti qualche scherzetto.

Se usi condensatori sta attento al verso in cui li colleghi, se sono al contrario saltano in aria (Mini Bomba? ) e stesso discorso per il trasformatore, non collegare i morsetti al contrario o lavorerà in salita!.

Ciau

Edited by Hellblow - 4/8/2005, 20:24

Uh una considerazione, prendendo un resistore da 16 Ohm abbiamo una corrente di poco inferiore a 0,08 A Perchè I=VR ovvero 1,25/16=0.078 A. Quindi la controprova ci dice che il nostro arrotondamento è a vantaggio della vita della pila Mentre uno da 15 Ohm ci darebbe 1,25/15= 0.083 A. La differenza è di poco, decidi quindi tu ^^
Buon Lavoro!

ok... credo di avere capito... praticamente la corrente che arriva a caricare la batteria alla fine deve essere uguale o minore di quella che emette la stessa giusto? se fosse maggore da quello che ho capito la batteria si potrebbe anche ricaricare ma verrebbe stressata e quindi rovinata.. ho cappito bene?

Non esattamente, deve essere un decimo. Se l'accumulatore è da 1 A allora tu devi mandarne 0,1 A però per un tempo prolungato, diciamo 12-14 ore. In genere....ovviamente con accumulatori Ni-Cd

ok capito... e il voltaggio invece?? basta che sia minore??

Il Voltaggio deve essere uguale quindi per un'accumulatore da 800 mA/h al Ni/Cd ci vogliono

1,25 Volt
80 mA/h applicati però per 12-14 ore circa.

Se fai un arpido conto delle potenze in gioco scopri che la potenza che immetti è superiore a quella che preleverai dall'accumulatore. Il motivo? Effetto Joule in primis...l'accumulatore si scalderà infatti perchè internamente ha una resistenza propria.

L'accumulatore ovviamente da 1,2 Volt eh? Quindi stessa tensione!

ok perfetto... quindi alla fin fine nn è che ci voglia molto a costruire un carica batterie.. grazie x le risposte

Non esattamente.
Il caricabatterie è un oggetto che ha generalmente due tipi di regolazione, una di corrente l'altra di tensione.
Molte volte poi i parametri vengono variati in funzione dello stato di carica. Si hanno quindi varie fasi (2-3 o piu).
La batteria la puoi vedere come una resistenza che assume un determinato valore a seconda dello stato di carica (e di altri parametri minori, tipo temperatura, ecc.)

Supponiamo per es. di avere un accumulatore al piombo da 12V - 20Ah e di volerlo caricare a 1/10 della corrente nominale cioè 2A. La tensione di ricarica (il tetto) lo scegliamo a 14V.

1) caso
Se la batteria è completamente a terra, nella prima fase presenta una resistenza molto alta...supponiamo 20 ohm. Per la legge di ohm se facessimo passare 2A su di essa si averbbe una tensione IxR=V -> 2Ax20ohm=40Volt. Cosa succede nel caricabatterie? Supponiamo che il nostro caricabatterie abbia una regolazione di tensione, più precisamente una limitazione di tensione a 14V e una regolazione di corrente, piu precisamente una limitazione di corrente, tarata a 2A.
Perche parlo di "limitazioni"? Perchè questi controlli agiscono come dei rubinetti in serie che intervengono in funzione di due differenti parametri ed agiscono al superamento del limite di taratura (al di sotto non fanno niente), limitando apunto il parametro controllato.
Se ad esempio la corrente....d'acqua...è inferiore ai 2A, il rubinetto della limitazione di corrente rimane tutto aperto, ma se la corrente aumenta oltre questo valore perchè l'acqua cade da una differenza di altezza, cioè ...differenza di potenziale (differenza di tensione) più alta, allora questo rubinetto inizia a chiudersi.
Nello stesso modo se l'altezza (tensione) diventa troppo alta l'altro controllo... "apre dei bypass a livello inferiore", limitandola.

Nel nostro primo caso il caricabatterie collegato alla resistenza(batteria), dovrebbe erogare una corrente tensione di 40V per fornire i 2A. Questa tensione è nettamente superiore al valore di limitazione che si raggiunge con soli 0,7A (dato che 14V/20ohm=0,7A). In questo caso interviene il limitatore di tensione, mentre il "rubinetto" di corrente rimane tutto aperto, pur rimanendo questa ben sotto il suo valore di intervento (se si fornisse ad esempio 1A si avrebbero 20V, o se preferite fornendo 20V si avrebbe un Amper e questo non è possibile perchè eccede il limite di tensione)

2)caso
La batteria inizia a caricarsi, quindi inizia ad abbassare la sua resistenza interna. Diciamo che diventa 10ohm. Abbiamo quindi 14V/10ohm=1,4A. Il limitatore di corrente non interviene ancora. continua ad operare il limitatore di tensione.

3)caso
La batteria continua a caricarsi e la resistenza si approssima ai 7ohm. A questo punto siamo alla staffetta tra i due regolatori: 14V/7ohm=2A. Vuol dire che per valori lievemente maggiori es 7,1ohm continua ad esserci una limitazione di tensione e si ha una corrente di 14V/7,1=1,97A, mentre per valori lievementi inferiori, es 6,9, prende il comando il controllo di corrente e il limitatore di tensione rimane inattivo. In quasto caso si ha 6,9ohm X 2A= 13,8V o se preferite nella forma precedente13,8V/6,9ohm=2A

4) caso
La batteria è in piena fase di carica. In questo caso la resistenza è sicuramente inferiore. Per esempio potra essere 5ohm. Si avra: 2Ax5ohm=10V.

5) caso
La carica continua
Ora la batteria sale di tensione. In pratica riassume una resistenza più alta. Alla fine si porta ad una valore per cui si arriva nuovamente alla tensione di limitazione e la corrente diminuisce sempre piu portandosi verso lo zero.

I caraicabatterie piu sofisticati riconoscono i differenti casi di carica e modificano i parametri (2-3 o piu curve di carica). Per esempio nel caso 5 dopo un certo tempo (timer) o dopo che la tensione/corrente non si modificano con certi precisi andamenti nel tempo, commutano ad una limitazione di tensione lievemente inferiore e di corrente decisamente piccola (dei milliampere). Altri fanno altrettanto nel primo caso, riducendo la corrente finchè la batteria non è "riattivata".
Altri uniscono sensori di temperatura che modificano i parametri di cui sopra in funzione di questa (permettendo cariche anche piu veloci).

Per ogni chimica (tipo di batteria) esistono differenti precise curve di carica che vanno rispettate. Da qui nascono i differenti tipi di caricabatterie:
-per batterie al piombo, adatti a caricare, talvolta livellare, batterie di 3-6-12 elementi (2V nominali), cioè 6-12-24V.
-per batterie Nichel cadmio e Nichel metal idrato, in genere per singolo elemento 1,2V nominale
-per batterie al Litio, in genere per singolo elemento 3,6V nominali.
-per batterie Alcaline ricaricabili (RAM), in genere per singolo elemento 1,5V nominali
-ecc. ecc.
A questo bisogna aggiungere che le differenti chimiche /curve di carica si manifestano con differenti variazioni della resistenza. Quindi taluni caricabatterie non neccessitano ad esempio della limitazione di corrente (perchè la resistenza della batteria assume valori tali che la autolimita) a meno di una protezione generale (fusibile). E' il caso delle batterie al piombo (o della RAM) per cui si dice che sono batterie che si ricaricano in tensione.
Altre chimiche invece autolimitano la tensione durante il 99% della fase di carica. E' il caso delle NiCd ad esempio, per cui si dice che la carica avviene in corrente.
(quanto sopra per i caricabatterie piu semplici, tra i quali rientra l'alternatore dell'auto. I piu complessi hanno sempre 2/3 regolatori e più fasi di ricarica, fino ad arrivare ai programmabili/universali, dal costo conseguente....)

Edited by gattmes - 8/8/2005, 10:56

xò... non pensavo fosse una cosa così laboriosa... cmq ho capito.. grazie

Ciao a tutti
Per semplificare riprendo un argomento già proposto da gattmes.
Le batterie al piombo DEVONO essere caricate in tensione quindi con tensione costante max 13,8-14,2V, e non devono essere scaricate fino in fondo quando raggiungono i 10 Volt DEVONO essere considerate scariche. Pena la loro rovina.
Si conservano completamente cariche.
Per le batterie nichel cadmio e metalidrato la ricarica DEVE essere in corrente, con corrente costante. Se non si dispone di un caricabatterie "intelligente" sono da ricaricare ad un decimo della corrente nominale stampigliata sulla batteria per 14-16 ore. Si conservano scariche. Con i caricabatteria "intelligenti" si può accorciare il tempo di ricarica specie per i modelli di batteria "sinterizzati" possono essere caricati anche con una corrente due volte o più alta di quella di targa. Questi caricabatteria svolgono anche una fondamentale e corretta scarica prima della ricarica per le batterie al nichel cadmio. Altri tipi di batteria tipo litio-ion e simili richiedono specifici caricabatteria. NON ricaricate queste ultime con caricabatteria per il piombo e nichelcadmio, pena non solo la loro distruzione, ma anche un pericolo di espolsione ed incendio.

Salutoni
Furio57

Edited by Furio57 - 1/9/2005, 13:14

furio volevo chiedere... nel mio cell la batteria al li-ion la lascio sempre scaricare tutta... non so se sia solo una mia impressione però mis embra quasi che la batteria poi durì di più e rimanga comunque costante la carica... è una mia impressione o mi sto sbagliando?? grazie ciao

Si,è proprio come tu affermi,Max. Anche se molte industrie affermano che le pile ioni-litio non abbiano l'effetto memoria. Si puo' immaginare la batteria come fosse uno zaino. Da vuoto,ci puoi caricare ordinatamente 10 enciclopedie. Se pero' ci dimentichi dentro un'enciclopedia (ossia ricarichi la batteria senza averla scaricata),è probabile che l'enciclopedia si sia messa "storta", occupando volume,e potrai caricarci al massimo 5 enciclopedie anzichè 10. Meglio quindi "svuotare" lo zaino (la batteria ) , e disporre in ordine 10 enciclopedie. Il problema della ricarica parziale è dovuto solo ad un ingarbugliamento delle chimica ,gli atomi saranno spaiati qua e la' .Si allineeranno perfettamente se la ricarica partirà da zero. Il problema di molti è infatti quello di aspettare che la batteria sia scarica,cosa che ovviamente è particolarmente noioso,in quanto avviene spesso nelle ore notturne,o nel bel mezzo di una telefonata.C'è chi lo risolve con una batteria di scorta nel taschino,e con uno "scarica-batterie" semi-veloce,questo per avere sempre il massimo dell'autonomia delle ioni-Litio . Tra l'altro, ricaricarle quando non son vuote, ne riduce la vita di parecchi mesi.

Attenzione!
Cosa si intende con il termine "durata"?

Se si intende la durata di ogni singola carica (cioè ...scarica) allora è generalmente meglio scaricare bene gli accumulatori prima di procedere alla ricarica..come gia affermato...più "ordinata".

Se si intende invece la durata della batteria la situazione è totalmente opposta.
Se si scarica completamente l'accumulatore (100%DOD) si avrà un numero di cicli utili (cioè quante volte si puo caricare/scaricare prima che la capacità nominale diminuisca in maniera apprezzabile) notevolmente inferiore a quelli ottenibili con una scarica parziale (es 10%DOD).
Per intenderci nel primo caso il numero potrebbe essere trecento, nel secondo diecimila.

Diciamo che va trovato un taglio salomonico tenendo conto della vita prevista per l'apparato in cui è installato, i costi del ricambio, la praticita d'uso, ecc.

oggettovolante... grazie per la tua risposta... adesso allora sono sicuro di questa cosa... proprio quello a cui pensavo io era l'effetto memoria... come tante batterie sono"abituate" ad essere ricaricate appena iniziano a scaricarsi leggermente altre sono "abituate" ad essere ricaricate da zero...grazie ciao

già è verissimo anche quello gattmes...

Uh *.* bello l'esempio dell'enciclopedia

Quoto quanto detto sulle curve di carica degli accumulatori...al variare della carica in effetti varia la resistenza interna...questo è un fattore tanto importante in carica quanto in scarica dato che il maggior trasferimento di potenza lo abbiamo proprio tenendo conto della resistenza interna dell'accumulatore e dunque se questa resistenza varia anche il rendimento della stessa nel tempo (della scarica) sebbene il modello elettrotecnico del generatore (accumulatore in questo caso) prevede (specie per conti fatti su carta) un valore di resistenza interna costante. In fondo le stesse piste di rame al passare della corrente riscaldano variando (di pochissimo) la loro resistenza e quindi alterando il circuito. Ma tutti i componenti elettronici in genere presentano questi problemi.

Inoltre confermo il fatto che ogni tipo di accumulatore ha le sue curve di carica/scarica...per questo un accumulatore al piombo è meno costante di uno al nickel.

E' anche vero tuttavia che costruirsi un caricabatterie per una semplice Ni-Cd che non deve avere applicazioni particolari
utilizzando un sistema di regolazione di tensione retroazionato in base alla resistenza interna dell'accumulatore stesso eche segue una curva ben specifica legata alla natura dello stesso accumulatore è... un po...ostico...ed anche sconveniente a volte, specie per chi magari cerca di capire come realizzarlo.

Proposta....a questo punto, dato che l'argomento è stato tirato fuori e trattato in maniera più approfondita, e visto che sul forum si usano proprio accumulatori, sarebbe interessante postare le curve di carica e scarica di ogni tipo di accumulatore (cambiano anche in abse ai modelli attenzione) per confrontarli fra loro. Secondo me porterebbe alla luce interessanti differenze.

Ciau a tutti

hellblow io avevo provato a vedere le curve di carica scarica con l'oscilloscopio su un condensatore... non si potrebbe fare la stessa cosa con una pila? oppure la cosa sarebbe molto più lenta?
ciao

Mmmm allora...per far misurazioni ottimali devi collegare in parallelo ad una pila una resistenza di valore apri a quello della resistenza interna della pila e poi misurare l'andamento dei valori ai capi della resistenza. Ci vuole un tester o cmq uno strumento di misura che possa essere collegato ad un computer in modo da registrare i dati al passare del tempo e tirar fuori i grafici. Puoi provare cosi'.

Se si vogliono fare misure...intanto occorre fare più misure!
Prime tra tutte misure a diverse correnti di scarica/carica
Seconde ..misure di cui sopra a differenti temperature
Terze....in diversi punti di "vita" della batteria (es nuova, dopo 50 cicli, dopo 300....)

Tralasciando le seconde, terze e parlando delle prime conviene avere un carico a corrente costante (carico elettronico) e misurare a cadenza/campionamento la tensione ai morsetti batteria, magari usando un sistema semi automatico come suggerito da Hellblow

..tuttavia invece non seguirei il cosiglio della resistenza di carico uguale a quella interna: su una batteria auto da ...diciamo 12V 60Ah 25 milliohm si avrebbero, oltre ai 12/0,025=480 Ampere, ben 5760 watt (5,7KW!) da dissipare sul carico!!!!! ...LKa batteria poi non è tanto contenta di fornire quella corrente e per molto tempo...

Da tener presente che le batterie al piombo presentano una depressione della capacita piuttosto marcata all'aumentare della corrente di carico...per capirci scaricandola in 1 ora diventa circa meta (50Ah -> 25/30Ah)

Attenzione...usare quella resistenza seve a far misure ottimali....tutti conosciamo il teorema di massimo trasferimento...

Riguardo gli accumulatori al piomboi quella è altra storia...anche perchè io non ci lavoro per cui...

bella firma hellblow!!