Le tecnologie e le tipologie di batterie disponibili sul mercato, per i gruppi statici di continuità (Ups), sono diversificate e rendono le prestazioni e i costi variabili anche in modo importante.
Le principali tipologie di batterie sono:
- Ermetiche al piombo VRLA
- Tecnologia AGM: meglio note come batterie ermetiche al piombo a ricombinazione interna di gas. L’elettrolita è assorbito in un separatore in fibra di vetro microporosa;
- Tecnologia Gel: in questo caso l’elettrolita è mantenuto in una sostanza gelatinosa.
- Ioni di Litio con tecnologie varie
- Al piombo a vaso aperto con tecnologia ad acido libero
- Nickel Cadmio con tecnologia ad acido libero
La prima tipologia è quella più comune nei gruppi statici, l’ultima è superata invece la penultima è in crescita.
Classificazione e costi
Eurobat l’Associazione dei produttori europei di batterie automobilistiche e industriali, classifica la vita attesa delle batterie in tre categorie:
- 3-5 anni;
- 10-12 anni;
- >12 anni.
In fase di progettazione o di acquisizione è sempre opportuno specificare la classe richiesta.
L’energia immagazzinabile, che condiziona l’autonomia nel funzionamento in isola, viene convenzionalmente espressa in capacità (C5, C10 o C20), tuttavia in fase di specificazione tecnica in luogo della capacità delle singole batterie è meglio indicare direttamente l’autonomia che il sistema deve garantire lasciando così l’onere del dimensionamento di dettaglio al costruttore.
In termini di comportamento al fuoco le batterie sono normalmente classificate in HB (ritardante fiamma) o V0 (autoestinguente).
Una batteria V0 costa circa il 15% in più rispetto a una HB e quindi vale la pena di ricordare che, comunemente una HB è sufficiente, e che una V0 deve essere prevista solo in casi particolari: come ad esempio in luoghi con pericolo di esplosione.
Principali caratteristiche dei diversi tipi di batterie disponibili sul mercato.
TECNOLOGIA |
ELETTROLITA | DURATA IN ANNI A 20 °C | APPLICAZIONI TIPICHE | VANTAGGI | SVANTAGGI |
| Ermetiche al piombo
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AGM e GEL | 3-5 (EUROBAT)
– Standard commerciale |
• UPS
• Beni di consumo • Giocattoli • Sistemi di allarme
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• Emissione di gas estremamente bassa
• Ridotte esigenza di ventilazione • Manutenzione ridotta • Nessun rabbocco • Elevata densità energetica
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• Durata limitata
• Impossibilità di controllare visivamente gli elementi interni • Sensibilità alle alte temperature, soprattutto AGM • Carica batterie ben stabilizzati
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| AGM | 6-9 (EUROBAT)
– Scopi generici |
Generiche senza requisiti severi in termini di sicurezza e prestazioni:
• Illuminazione di emergenza • UPS • Sistemi di allarme |
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| AGM e GEL | 10-12 (EUROBAT) Elevate prestazioni | Generiche con requisiti di sicurezza di media entità:
• Telecomunicazioni • Generazione di energia • Distribuzione di energia • UPS |
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| AGM e GEL | Oltre 12 (EUROBAT) Lunga durata | Generiche con severi requisiti di sicurezza:
• Telecomunicazioni • Generazione di energia • Distribuzione di energia |
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| Al piombo a vaso aperto | Acido solforico | Circa 10-12 | • Grandi sistemi UPS
• Generici sistemi di alimentazione in corrente continua per l’industria |
• Lunga durata
• Lunghi periodi di conservazione per gli elementi a secco • Facilità nella verifica dello stato di un elemento grazie all’involucro trasparente • Possibilità di provare la densità dell’elettrolita
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• Installazione in locali dedicati
• Necessità di rabbocco • Densità energetica limitata • Emissione di gas
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| Circa 15 | Specifiche con severi requisiti di sicurezza:
• Telecomunicazioni • Energia rinnovabile • Illuminazione di emergenza • Generazione di energia • Distribuzione di energia |
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| Circa 20 | Più severi requisiti di sicurezza:
• Generazione di energia • Distribuzione di energia |
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| Ioni di Litio | Tipicamente sale di litio sciolto in un solvente organico | Circa 10-15 | • UPS
• Beni di consumo • Giocattoli • Sistemi di allarme
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• Volumi e pesi ridotti
• Manutenzione ridotta • Elevata densità energetica
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• Costo
• Necessità di controllo preciso del processo di carica |
Come si definisce la capacità
La capacità è espressa in amperora (Ah) ed è il risultato del prodotto della corrente di scarica per il tempo che la batteria impiega ad arrivare al livello di fine scarica (tensione minima prima di compromettere la chimica dell’accumulatore).
Limitando a ciò la definizione è chiaro che due batterie, entrambe da 140 Ah, possono avere prestazioni dinamiche molto differenti: 7 A per 20 ore o 14 A per 10 ore. Di contro la stessa batteria da 7 A per 10 h (70 Ah) avrà una capacità di 14 A per 4 ore (56 Ah).
Inoltre per la natura chimica delle batterie, il comportamento alla scarica non può essere estrapolato linearmente. I produttori forniscono, dunque, la capacità unitamente alla durata di scarica di riferimento.
Come si definisce la durata
I concetti di vita e capacità sono strettamente legati in quanto si può qualitativamente dire che la vita di una batteria è il tempo utile durante il quale essa mantiene, entro tolleranze accettabili, la propria capacità di accumulo e le prestazioni dinamiche di scarica e carica.
La vita delle batterie dipende essenzialmente dai seguenti parametri:
• Temperatura del luogo di installazione;
• Cicli di utilizzo (numero, profondità di scarica, metodologie di ricarica).
Le performance delle batterie ermetiche al piombo (Vent Regulated Lead Acid – VRLA), il tipo più diffuso, vengono misurate secondo le norme BS 6290-4 e IEC 60896-21 e 22.
Le tipologie di batterie sono classificate, oltre che per capacità, secondo vita teorica attesa tipicamente:
• 3-5 anni;
• 6-9 anni;
• 10-12 anni;
• maggiore di 12 anni.
È tuttavia opportuno tenere in considerazione che tale vita è riferita a condizioni di laboratorio, ed è perciò la massima raggiungibile teoricamente ad una temperatura di riferimento di 20-25°C.
La durata delle batterie agli ioni di litio
A volte la durata delle batterie agli ioni di litio viene indicata con una temperatura più alta (40 °C) rispetto a quella delle batterie al piombo-acido: in tal caso, queste batterie sono in grado di tollerare una temperatura ambiente superiore senza che la loro durata si riduca. Nella realtà tali valori non sono mai raggiungibili ma più o meno approssimabili.
I sistemi di carica delle batterie
La carica influisce sulla vita della batteria, in quanto, tensioni e correnti non adatte a stato e temperatura della stessa, rischiano di compromettere irreversibilmente l’accumulatore.
Normalmente i sistemi statici di continuità (Ups) gestiscono in parte o completamente i fenomeni coinvolti nel processo di ricarica. Il costruttore è in grado di fornire dettagli relativi a ciascun prodotto.
Tipicamente un processo di scarica completa e piena ricarica richiede diverse ore. Esistono tuttavia sistemi per la ricarica rapida delle batterie ma devono essere valutati attentamente in quanto sfavorevoli alla durata della batteria e protetti dai sovraccarichi che potrebbero causare sovratemperature eccessive per le stesse batterie con rischi per la sicurezza.
A titolo di esempio la tabella qui di seguito riporta, per le batterie al piombo, alcuni parametri tipici e le correzioni per compensare la temperatura ambiente diversa da quella di riferimento.
Parametri tipici e correzioni per compensare temperature ambiente diverse da quelle di riferimento (25 °C).
| Uso | Tensione | Corrente massima | Compensazione |
| Ciclico | 2,40-2,45 V/elemento | 0,25 C | -3 mV/elemento/°C |
| Tampone | 2,25-2,30 V/elemento | 0,25 C | -5 mV/elemento/°C |
Note:
- uso ciclico significa ricarica dopo un utilizzo e tampone è inteso come ricarica di mantenimento;
- l’elemento è la singola cella da 2 V (in caso di batteria da 12 V in carica per uso ciclico a 25° C la tensione dovrà essere compresa tra 14,4 e 14,7 V se compatibile coi limiti di corrente);
- C è la capacità della batteria in Ah (in caso di batteria da 7 Ah in carica per uso ciclico la corrente non dovrà mai superare 1,75 A in caso riducendo la tensione);
- Il segno negativo della compensazione significa che all’aumentare della temperatura ambiente la tensione di ricarica si riduce (in caso di batteria da 12 V in carica per uso ciclico a 35 °C la tensione dovrà essere compresa tra 14,22 e 14,52 V se compatibile coi limiti di corrente).
A bassi livelli di carica la corrente tenderà ad essere elevata a parità di tensione applicata rispetto a batteria con piena autonomia.
I sistemi di batterie agli ioni di litio sono più sensibili alle modalità con cui vengono caricati e scaricati e includono sempre un sistema BMS (Battery Management System) per la gestione delle batterie, costituito da microprocessore, sensori, interruttori e relativi circuiti, per il controllo continuo della temperatura della batteria e della percentuale di carica.
