La ricarica delle batterie e l’arte di arrangiarsi

La maggior parte del mondo in cui viviamo ormai va a batteria. Le batterie sono belle e comode,  perché ci svincolano dai cavi e ci permettono di usare qualsivoglia aggeggio dove e come più ci piace. Le batterie però hanno anche la sfortunata tendenza a scaricarsi, il che ci costringe di tanto in tanto a riattaccarle alla corrente. Nel mondo di oggi, un caricabatterie è importante tanto quanto il dispositivo che usa la batteria stessa. Tuttavia, se lo smartphone ve l’hanno venduto con il caricabatterie incluso nel prezzo, la batteria per il drone probabilmente vuole un caricabatterie apposta, magari perché avete deciso di usare quella particolare batteria che dura di più di quell’altra, ma che però il caricabatterie non ce l’ha. In questo articolo vi spiegheremo come progettare un caricabatterie su misura per le vostre esigenze, e siccome non ci va di farla troppo facile, anche come farlo senza disporre di tutto l’hardware che vi servirebbe.

UN PO’ DI SPONTANEITA’

Se buttate un uovo per terra, quello si romperà, giusto? Se voleste dare una spiegazione a questo fenomeno, potreste dire che il pavimento è più duro dell’uovo, e quindi il guscio non regge all’impatto. Oppure potreste dire che ciò a cui stiamo assistendo altro non è che una manifestazione del secondo principio della termodinamica: tutti i sistemi fisici, lasciati a se stessi, spontaneamente tendono ad uno stato di maggior disordine. Un uovo rotto, con i pezzi sparati in tutte le direzioni, crea sicuramente più disordine di un bell’uovo intero. Spesso si usa il secondo principio della termodinamica come spiegazione del perché non vedremo mai un uovo rotto ricomporsi da solo e tornare sul tavolo, ma in questo principio c’è uno spontaneamente cui prestare attenzione. Perché è vero, spontaneamente l’uovo non tornerà mai intero, ma se sprechiamo energia e ci mettiamo di santa pazienza a raccogliere tutti i cocci, potremmo, in linea di principio, rimetterlo insieme.

 

Figura 1: Carica e scarica di una batteria.

Figura 1: Carica e scarica di una batteria.

 

Con le batterie vale lo stesso discorso. Una batteria è un oggetto che produce energia elettrica a partire da una reazione chimica (Figura 1). A grandi linee, gli ioni prodotti dalla reazione si spostano all’interno della batteria, producendo una corrente elettrica. Quando la reazione ha terminato i reagenti, non si producono più ioni e la batteria è scarica. Spontaneamente gli ioni vanno da un lato all’altro, producendo corrente. Spontaneamente non si muoveranno mai in senso opposto. Ma se sprechiamo energia, possiamo invertire la reazione, ricreare i reagenti e far ripartire tutto daccapo. È come se ci mettessimo di santa pazienza e riportassimo gli ioni uno per uno da dove sono partiti, così da far ricominciare il ciclo.

Un altro oggetto che può essere utilizzato come un facente funzione di una batteria è il condensatore. Un condensatore in fase di carica immagazzina carica elettrica, in fase di scarica la rilascia al circuito, che la può usare per fare le sue cose. In certe applicazioni, un condensatore vale tanto quanto una batteria. Caricare un condensatore è facile: basta applicargli una tensione ai capi, e la fisica farà il resto. Caricare una batteria non è così semplice. Il vantaggio delle batterie rispetto ai condensatori è che riescono, a parità di dimensioni, a immagazzinare molta più energia. Questo è uno dei motivi per cui le batterie agli ioni di litio sono tanto popolari: la quantità di energia che riescono a contenere è tra le più alte possibili. Questo significa che, fissata la quantità di corrente che vogliamo che la nostra batteria eroghi, le batterie agli ioni di litio la conterranno in dimensioni molto più contenute. Tuttavia, stipare tutta quest’energia in un package ridotto non può essere fatto così, semplicemente applicando una tensione e aspettando. Se faceste così, molto probabilmente trasformereste la vostra batteria in un ordigno esplosivo. Se, in fase di carica, vedete la batteria gonfiarsi, staccate tutto perché potrebbe esplodervi in mano!

CON LA CARICA GIUSTA

La prima cosa da sapere in questo mercato è il concetto di C-rate. Se comprate una batteria da 2400 mAh, significa che avete per le mani una batteria che, se utilizzata per erogare una corrente di 2400 mA, si scaricherà nel giro di un’ora. Si parla, in questo caso, di scarica a 1C. Se utilizzaste la vostra batteria per erogare una corrente di 1200 mA, la batteria si scaricherebbe in 2 ore, e in questo caso si parlerebbe di scarica a 0.5C, ossia con una corrente metà di quella che serve per scaricarla in un’ora. Per [...]

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5 Commenti

  1. Maurizio Di Paolo Emilio Maurizio Di Paolo Emilio 24 gennaio 2017
  2. Giovanni Di Maria Giovanni Di Maria 24 gennaio 2017
  3. Doc77 Doc77 25 gennaio 2017
  4. Emanuele Bonanni Emanuele Bonanni 25 gennaio 2017

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