Caricabatteria: tradizionale o alta frequenza? Tutte le differenze

L’alimentazione elettrica dei carrelli elevatori è uno dei settori tecnologici oggi più studiati, dove l’innovazione cresce di giorno in giorno. L’industria e tutti i principali marchi puntano molto su questa tecnologia che consente operazioni più pulite a vantaggio dei lavoratori, delle merci e dell’ambiente, e favorisce la realizzazione di macchine più versatili, adatte sia in ambienti chiusi che all’aperto.
Batteria e caricabatteria hanno assunto quindi un ruolo determinante, diventando protagonisti di un settore industriale e sperimentale dedicato che, oltre a svariati tipo di batteria, ha portato allo sviluppo anche di diversi tipi di caricabatteria.
Abbiamo chiesto agli esperti di GM Electric di spiegarci caratteristiche e differenze tra il caricabatteria tradizionale e quello ad alta frequenza.

RENDIMENTO

Una delle principali differenze si rileva nel rendimento, cioè la capacità di minimizzare le perdite tipiche del processo di carica che avvengono sia nel caricabatteria (che trasforma l’energia elettrica della rete), sia nella batteria (che trasforma l’energia elettrica in energia chimica). Ci sono quindi due diversi rendimenti da tenere in conto, uno dipende dal caricabatteria e uno dalla batteria, il rendimento totale si ottiene moltiplicando questi due dati. In un caricabatteria ad alta frequenza il rendimento è maggiore (minori perdite) rispetto a quello di un caricabatteria tradizionale.
Ad esempio un caricabatteria alta frequenza (HF) GM Electric, sfruttando lo ZVT (zero voltage transition), ha un rendimento del 95%, mentre un caricabatteria tradizionale ha un rendimento dell’80%.
Considerando che il rendimento con cui la batteria trasforma l’energia elettrica in energia chimica è dell’80%, il calcolo dimostrativo è molto semplice:

RENDIMENTO TOTALE HF
RENDIMENTO CARICABATT HF * RENDIMENTO BATTERIA = 95% * 80% = 76%

RENDIMENTO TOTALE TRADIZIONALE
RENDIMENTO CARICABATT TRAD. * RENDIMENTO BATTERIA = 80% * 80% = 64%

Un rendimento più elevato si traduce alla fine in un risparmio di kWh ad ogni ricarica di ogni batteria, un risparmio riscontrabile e misurabile nelle spese in bolletta. In parole povere viene assorbita meno energia dalla rete elettrica per caricare una batteria se uso un caricabatteria alta frequenza.

CICLI DI CARICA

Altro aspetto da considerare è la curva di carica di un caricabatteria.
Nel caricabatteria tradizionale il processo di carica inizia con una corrente iniziale (solitamente il 18% della capacità Ah della batteria) e con tensione 2V/elemento (solitamente tenuta da una batteria scarica), man mano che viene erogata corrente la tensione della batteria sale e la corrente decresce, tenendo costante la potenza erogata dal caricabatteria. Al raggiungimento della tensione di 2,4V/elemento si entra nella fase di postcarica (gasificazione), la scheda di controllo avvia un contatore che raggiunte le 3 ore (regolabili nei caricabatteria tradizionali Gm Electric) interrompe il processo di carica. Le 3 ore della fase di postcarica sono necessarie per far bollire l’elettrolita (la soluzione liquida acida contenuta nelle batterie) e mescolarlo rendendo omogenea la densità dello stesso. Il caricabatteria tradizionale può caricare soltanto batterie al piombo-acido e il processo di carica è deciso dal trasformatore, la scheda di controllo monitora solamente l’insorgere di eventuali anomalie, la durata delle fasi di carica, ecc. non intervenendo nel processo di carica.
Nei caricabatteria alta frequenza invece è la scheda di controllo a comandare il processo di carica: si possono quindi caricare tutti i tipi di batteria (piombo-acido, gel, agm,…) avendo a disposizione il ciclo di carica adeguato.
La curva di carica di un caricabatteria alta frequenza per la carica di batterie al piombo-acido ha una prima fase a corrente costante dove la tensione viene lasciata salire fino a 2,4V/elemento, al raggiungimento di questa soglia la tensione viene tenuta fissa, mentre la corrente viene lasciata decrescere fino al raggiungimento della corrente di postcarica (impostabile). A questo punto arriva la fase di postcarica dove viene tenuta fissa la corrente mentre la tensione viene lasciata crescere (in modo da far “bollire” l’elettrolita). La fase di postcarica termina dopo 3 ore (impostabili) oppure al raggiungimento della tensione di 2,7V/elemento.

FASE DI POSTCARICA

È necessario un approfondimento per la fase di postcarica. La fase di postcarica è molto importante per le batterie al piombo-acido, come precedentemente accennato, consente di rimescolare l’elettrolita della batteria, garantendo che la soluzione in cui sono immerse le piastre di piombo sia omogenea, se così non fosse le piastre si potrebbero danneggiare. I caricabatteria Gm alta frequenza prevedono la possibilità di montare una pompa di soffiaggio che, soffiando l’elettrolita, facilita il mescolamento evitando di surriscaldare la batteria, in questo modo la vita della batteria si può allungare e diminuiscono anche gli interventi di rabbocco dell’acqua.

VANTAGGI ALTA FREQUENZA RISPETTO A TRADIZIONALE

1. 1. Carica con corrente costante: negli alta frequenza si usa una corrente costante durante la prima fase. Questa corrente essendo costante è più bassa negli alta frequenza rispetto ai tradizionali (in cui la corrente parte da una valore alto e poi decresce), difatti nel dimensionamento di un caricabatteria la scelta della corrente va fatta tenendo il 12% degli Ah per un alta frequenza, mentre si deve salire ad un 20% degli Ah per un tradizionale. Una corrente di carica più bassa inoltre consente di scaldare meno la batteria in quanto tenuta uguale la resistenza interna della batteria, una corrente più bassa provoca meno perdite e quindi meno sviluppo di calore (energia tutta dissipata). Una temperatura più bassa consente inoltre alla reazione chimica di avvenire in maniera migliore.
   2. Si aumenta la vita della batteria: per i motivi sopra descritti di minor riscaldamento della batteria si ha che le piastre di piombo interne non vengono danneggiate, in quanto la soluzione acida in cui sono immerse aumenta la corrosività al crescere della temperatura.
   3. Migliore rendimento del caricabatteria: ottenuto grazie ad un circuito elettronico, più performante di un semplice trasformatore
   4. Possibilità di usare la pompa: come descritto in precedenza si evita di salire in tensione, di surriscaldare la batteria, se ne allunga la vita
   5. Si riducono gli interventi di rabbocco dell’acqua: per tutti i motivi spiegati precedentemente scaldando meno la batteria c’è meno evaporazione (con l’uso della pompa questo vantaggio è massimizzato)
   6. Possibilità di usare la sonda di temperatura: quando in precedenza è stato descritto il ciclo di carica per batterie al piombo è stato omesso di dire che la soglia di tensione di postcarica solitamente usata (2,4 V/elemento) sarebbe valida a 20°C: quando la temperatura sale questa soglia di tensione è più bassa, quando la temperatura sale il viceversa. L’impostazione può anche essere fatta manualmente, ma con l’uso della sonda di temperatura questa scelta viene eseguita in automatico.
   7. Possibilità di adattare il ciclo di carica in funzione della batteria e del tipo di batteria

In conclusione quindi un caricabatteria alta frequenza può avere un costo di acquisto maggiore ma contando il risparmio in termini di energia elettrica consumata per le ricariche, contando i minori interventi di rabbocco acqua, e la maggiore vita della batteria stessa, sicuramente si ha un risparmio rispetto ad un caricabatteria tradizionale.