LE BATTERIE Ni-Cd e Ni-MH

Tutorial sulle Batterie Nichel Cadmio e Nichel Metallo Idrato Illustrando Caratteristiche e Metodo di Ricarica…

 

 

 
 




 

INTRO

Le batterie Nichel Metallo Idrato abbreviato come NiMH oppure Ni-MH e le batterie Nichel Cadmio abbreviato NiCad, NiCd oppure Ni-Cd sono due tipi di pile ricaricabili che utilizzano rispettivamente un elettrodo di Nichel insieme ad un elettrodo di lega metallica in grado si assorbire idrogeno oppure di Cadmio.

Esistono diverse celle con diverse capacità anche se le più comuni sono le pile in formato AA o AAA ricaricabili che vengono vendute nei supermercati da utilizzare in varie applicazioni. Le batterie possono essere ricaricate o in modalità slow oppure in modalità fast.

A differenza delle batterie al litio e al piombo questo tipo di batterie hanno un diagramma di carica diverso, vengono caricate sempre a corrente costante. Queste batterie soffrono dell’effetto memoria, ovvero se vengono caricate quando non completamente scariche si abbassa la tensione massima che può raggiungere la cella. Questo effetto si chiama memoria perché la batteria “ricorda” la tensione alla quale inizia la carica. Nelle batterie Ni-MH questo effetto è meno evidente ed è reversibile con alcuni cicli carica-scarica completi.

Utilizzano lo stesso metodo di ricarica e anche se le Ni-MH hanno una capacità maggiore essi hanno gli stessi pregi e difetti. In questo articolo verranno illustrati pregi e difetti delle due chimiche e inoltre verrà illustrato il metodo di ricarica.

 




 

LE PILE Ni-MH

La singola cella delle pile Ni-MH ha una tensione di cella pari a 1.2V, il che vuol dire che la tensione di una pila AA o AAA è 1.2V anche se a piena carica la tensione è maggiore e può raggiungere 1.4V – 1.6Vcirca.

La densità di energia è di circa 60-120Wh/Kg il che vuol dire che una batteria dal peso di un kilogrammo può fornire una potenza che va da un minimo di 60Wh per le pile più scarse fino a 120Wh per le pile più tecnologicamente avanzate.

Hanno un numero di cicli carica-scarica di circa 500 volte anche se questo numero dipende dalla corrente assorbita ed erogata durante la carica e scarica. Hanno una autoscarica di circa il 30% al mese, anche se vi sono versioni più avanzate sempre con la stessa chimica che hanno una autoscarica minore, intorno al 15%.

La corrente di picco è pari a 5C ovvero se la pila è da 1000mAh posso assorbire una corrente di 5A al massimo senza danneggiarla, anche se il migliore utilizzo è a 0.5C (con pila da 1000mAh 0.5C corrispondono a 500mA).

Hanno una temperatura di utilizzo che va da -20°C fino un massimo di 60°C. Hanno una tossicità bassa. Soffrono del problema di sovraccarica che va a danneggiare elettricamente la cella. Quando la cella è inserita in una batteria e una di esse si scarica più di una certa soglia essa si danneggia e ai suoi capi si crea una tensione inversa. Questo tipo di celle hanno bisogno di un controllo per ognuno di essa quando sono inserite un una batteria.
 

LE PILE Ni-Cd

La singola cella delle pile Ni-Cd ha una tensione di cella pari a 1.2V, il che vuol dire che la tensione di una pila AA o AAA è 1.2V anche se a piena carica la tensione è maggiore e può raggiungere 1.5Vcirca mentre a piena scarica la tensione è intorno ad 1V.

La densità di energia è di circa 45-80Wh/Kg il che vuol dire che una batteria dal peso di un kilogrammo può fornire una potenza che va da un minimo di 45Wh per le pile più scarse fino a 80Wh per le pile più tecnologicamente avanzate. Questo valore è minore rispetto all’altra chimica.

Hanno un numero di cicli carica-scarica di circa 1000 volte anche se questo numero dipende dalla corrente assorbita ed erogata durante la carica e scarica. Hanno una autoscarica di circa il 20% al mese alla temperatura ambiente di 25°C. Queste due caratteristiche sono migliori in questo tipo di pile che nelle Ni-MH.

La corrente di picco è pari a 20C ovvero se la pila è da 1000mAh posso assorbire una corrente di 20A al massimo senza danneggiarla, anche se il migliore utilizzo è a 1C (con pila da 1000mAh 1C corrispondono a 1000mA).

Hanno una temperatura di utilizzo che va da -20°C fino un massimo di 60°C. Hanno una tossicità alta per via del Cadmio.  Le pile Ni-Cd soffrono del problema di sovraccarica. Se sovraccaricate possono danneggiarsi fisicamente, ovvero potrebbero esplodere anche se vi sono sistemi di sicurezza che evitano ciò.

 

LA RICARICA DELLE CELLE Ni-Cd e NI-MH

Entrambi le celle vengono caricate con una corrente costante che è di circa 0.1C per la ricarica lenta (se la cella ha una capacità di 1000mA verrà caricata con 100mA) mentre la corrente sarà pari a 0.3C circa per la ricarica veloce (se la cella ha una capacità di 1000mA verrà caricata con 333mA).

Il diagramma della ricarica è la seguente:

La tensione aumenta se si invia una corrente costante alla cella e durante la fase di carica la temperatura si mantiene costante. Quando si raggiunge la massima carica, la corrente fornita in eccesso fa aumentare solo la temperatura. Inoltre la tensione va a diminuire con un certo dV/dt < 0, ovvero la tensione diminuisce di un certo valore se si ha una sovracarica.

Nelle celle Ni-Cd si ha un dV di circa 45mV mentre in dV nelle celle Ni-MH è di circa 5mV. Per questo motivo non può essere usato un caricatore per Ni-Cd per caricare le celle Ni-MH, visto che non avendo una sensibilità adeguata, non riesce a rilevare la sovracarica delle celle.

Vi sono due metodi per rilevare la fine della carica senza usare un riferimento fisso di tensione, in questo modo si carica al massimo ogni cella senza danneggiarla.

La fase di carica delle Ni-Cd è endotermica, ovvero assorbe temperatura, nelle celle Ni-MH invece durante la carica la temperatura aumenta lentamente. Il primo metodo per rilevare la carica completa è quello di trovare la variazione di temperatura e quando supera un certo limite bloccare la carica. Questo metodo va bene solo per le celle Ni-Cd , si sconsiglia l’utilizzo per le celle Ni-MH.

Il secondo metodo e anche il più preciso è quello di rilevare il dV/dt di tensione, se positivo allora la batteria è ancora in fase carica, se negativo oppure pari a 0 la carica è completa. Questo si può fare ad esempio con un microcontrollore, si va a leggere tramite ADC il valore di tensione e se minore del valore precedente allora vuol dire che il dV/dt è negativo e quindi si può fermare la corrente di carica.

Per sicurezza un buon caricatore deve rilevare in ogni caso la temperatura e bloccare la carica se la cella raggiunge 60°C. Questo protegge la cella da danni fisici ed elettrici.

 




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LE BATTERIE Ni-Cd e Ni-MH ultima modifica: 2017-08-30T10:00:47+00:00 da ne555
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