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La durata delle batterie al litio dei dispositivi per disabili

La durata delle batterie al litio è un argomento di crescente importanza per i disabili motori che dipendono da carrozzine o scooter elettrici per gli spostamenti. La tecnologia delle batterie al litio è quella più moderna fra le soluzioni commerciali per l’accumulo di energia elettrica, sviluppatasi dopo le batterie al piombo e le batterie alcaline. Il successo delle batterie al litio si deve al fatto che forniscono la massima densità di energia, 250 Wh/kg, fra tutte le batterie ricaricabili disponibili. Ciò le rende la scelta obbligata per dispositivi mobili, siano essi telefoni cellulari, satelliti di comunicazione o carrozzine elettriche. Purtroppo sono anche le batterie più costose, nonostante il loro costo per Wh sia sensibilmente diminuito negli ultimi cinque anni.  A differenza delle batterie alcaline, quelle al litio sono prive di “effetto memoria”, cioè la perdita della capacità di accumulo, causata da ricariche parziali della batteria. Senza entrare in dettagli troppo tecnici, con questo articolo intendiamo fornire ai nostri associati alcune nozioni basilari utili all’acquisto e consigli pratici per prolungare la vita delle batterie dei loro dispositivi (anche PC e cellulari) risparmiando quindi i costi di esercizio. Gli interessati ad approfondimenti tecnici possono trovare ulteriori informazioni nel sito Battery University.




Le tecnologie disponibili in commercio sono due: le batterie Ion-Litio e quelle Litio-Fosfato, dette rispettivamente Li-ion e Li-PO4.
Le seconde stanno guadagnando rapidamente mercato perché intrinsecamente sicure: non scoppiano e né si incendiano, come invece è capitato con alcuni modelli Li-ion sottoposti a carica rapida, o a cortocircuiti accidentali. In linea di massima, entrambe le tecnologie sono equivalenti, pertanto è possibile rimpiazzare una batteria Li-Ion con una Li-PO4 di pari capacità. La durata delle batterie al litio non si misura in anni, bensì in cicli di carica/scarica e in percentuale di capacità residua. In condizioni ragionevoli di utilizzo, succede che le batterie perdono gradualmente la loro capacità originale con il numero di cicli a cui sono sottoposte. I cicli, a loro volta, possono essere definiti da qualsiasi combinazione di carica iniziale e finale. Ad esempio, un ciclo nel quale la batteria inizialmente carica all’80%, della sua capacità nominale, si scarica fino a raggiungere il 20% è teoricamente uguale ad uno nel quale la batteria è inizialmente carica al 100% e si scarica fino al 40% della sua capacità nominale. In pratica, però, pur essendo l’energia erogata pari al 60% della capacità per entrambi i casi, la durata della batteria sarà diversa in un caso o nell’altro.
La figura 1 mostra come lo stesso modello di batteria può durare più o meno cicli, dipendendo dalle abitudini di utilizzo.

Figura 1: Il ciclo di carica/scarica influisce molto sulla durabilità della batteria al litio.

Si osserva come un utilizzo pesante della batteria, caricandola al 100% e scaricandola fino al 25 %, dopo 4500 di cicli la batteria avrà perso oltre il 20% della sua capacità iniziale. Se la stessa batteria venisse caricata solo fino al 75% della sua capacità nominale e scaricata fino al 65%, dopo 8.500 cicli conserverebbe ancora il 90% della sua capacità iniziale.

La  temperatura di stoccaggio e utilizzo ha una grande influenza sulla durata della batteria Li-ion, così come anche lo stress generato dal mantenere la batteria collegata al caricatore oltre il limite della carica.
La figura 2 mostra come temperature di stoccaggio crescenti diminuisce drasticamente la vita utile della batteria, ad esempio quando si lascia il dispositivo in un’autovettura parcheggiata al sole e si mantiene inutilmente la batteria in carica oltre al raggiungimento del limite (100%). La seguente grafica mostra come la capacità di una batteria Li-ion diminuisce in funzione del tempo di stoccaggio a diverse temperature. Si osservi come una batteria completamente carica, stoccata a 60°C, dopo 6 mesi sarà completamente inutilizzabile, in quanto la sua capacità di carica sarà diventata nulla.

Capacità di carica residua di una batteria inizialmente carica al 100%, in funzione del tempo di stoccaggio a diverse temperature.

Conclusioni

Per massimizzare la vita utile delle batterie al litio, è consigliabile rispettare al più possibile le seguenti regole:

  1. Mantenere le batterie al fresco, lontane dal sole e da fonti di calore. Evitare di lasciare dipositivi dotati di batterie Li-ion all’interno di auto parcheggiate al sole.
  2. Staccare il caricatore una volta raggiunta la carica massima, e preferibilmente quando la carica avrà raggiunto l’80%. Non lasciare mai una batteria già carica collegata al caricatore.
  3. Evitare di scaricare troppo le batterie. Possibilmente non superare il 20% di profondità di scarica.
  4. Contrariamente alle batterie alcaline, quelle Li-ion non hanno effetto memoria e, al contrario, aumentano la loro durata se sottoposte a carica/scarica parziale.
  5. Per evitare il riscaldamento della batteria, specialmente con caricatori “rapidi”, è conveniente staccare il caricatore a metà carica, lasciare raffreddare la batteria e riprendere la carica fino al completamento in un secondo momento.
  6. Se si dovesse sostituire una batteria Li-ion, verificare la possibilità di acquistare un modello equivalente Li-PO4. Le batterie Li-PO4 sono in genere un po’ più care, ma la loro durata può essere anche il doppio di quelle Li-ion, e non hanno il rischio di incendiarsi o scoppiare.
  7. Utilizzare sempre il caricatore fornito dal fabbricante.
  8. Non caricare mai una batteria al litio con un caricatore per batterie di auto o per batterie alcaline.
  9. Non forzare la carrozzina elettrica su pendenze superiori al massimo definito dal fabbricante, o se per qualche motivo si bloccasse una ruota. L’assorbimento di corrente del motore in tali condizioni equivale ad un cortocircuito: pericolo di incendio o esplosione della batteria.

Mario A. Rosato
Sustainable Technologies srl
11/02/2018

 

 

 

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