Approfondimenti | 09 Giugno 2020 | Autore: approfondimento tecnico a cura di Autodata

Autodata, 12 Volt: energia per l'auto

In questo articolo analizziamo insieme agli esperti di Autodata la tecnologia delle batterie a 12 Volt e le strategie future attualmente perseguite.

La batteria al piombo-acido, risalente al 1859, ha dimostrato di essere un componente integrale di quasi tutti i tipi di veicoli automobilistici, compresi quelli ibridi ed elettrici.
Questi due tipi di vetture fanno uso di batterie agli ioni di litio e al nichel-metallo idruro per accumulare energia e avviare il veicolo, ma la batteria a 12 Volt è una soluzione affidabile ancora impiegata per alimentare il sistema elettrico a 12 Volt del veicolo.
 

La struttura della batteria 12 V

La batteria al piombo-acido a 12 Volt all’interno è completamente priva di componenti in movimento ed è formata da sei celle galvaniche, ciascuna in grado di trattenere 2,1 Volt.
Ogni cella è composta da una piastra positiva rivestita di biossido di piombo e da una piastra di piombo negativa, divise da una griglia e da un materiale isolante, chiamato separatore (vedi foto 1).

Questa struttura è contenuta in un contenitore in plastica rigida, riempito con una soluzione liquida, nota come elettrolito, composta da acido solforico e acqua.
Dopo aver applicato a ciascuna cella una carica superiore a 2,1 Volt, all’interno della batteria si innesca una reazione chimica che genera energia elettrica pronta all’uso.
 

Evoluzione: batterie VRLA

Sin dalla sua invenzione, la progettazione della batteria a piombo-acido non ha subito aggiornamenti degni di nota.
Detto ciò, a metà degli anni Settanta si sono compiuti progressi riguardo alla batteria a piombo-acido senza manutenzione o sigillata.

Definire le batterie sigillate non è del tutto preciso, dal momento che – a prescindere dalla terminologia – le batterie senza manutenzione o sigillate tuttora comprendono valvole di sfiato di sicurezza che rilasciano la pressione interna in caso di sovraccarico o di guasto della batteria. Proprio per questo motivo vengono chiamate anche VRLA (Valve Regulated Lead Acid, ossia al piombo-acido regolate con valvole).

Le batterie VRLA sono senza manutenzione (vale a dire che non è necessario rabboccarle con acqua distillata) a causa della reazione chimica che avviene quando l’ossigeno formatosi sulla piastra positiva si combina con l’idrogeno emesso dalla piastra negativa.
La sintesi tra i due elementi genera acqua che viene riciclata dalla batteria, che quindi non richiede manutenzione.
 

Tecnologie gel e AGM

Senza divagare troppo sulla struttura chimica delle batterie VRLA, in seguito il medesimo concetto si è evoluto nelle batterie con tecnologia gel e con tecnologia AGM (Absorbed Glass Mat, cioè acido assorbito in microfibra di vetro).
Queste due batterie sono tuttora considerate sigillate e regolate con valvole, nonostante tra le due restino differenze significative.

Nell’acido della batteria con tecnologia gel viene disciolta silice, che provoca la solidificazione in una massa densa, mentre nella batteria AGM l’elettrolito viene assorbito in un separatore in fibra di vetro.
Questo innovativo progresso tecnologico porta con sé numerosi vantaggi: entrambe le batterie praticamente non richiedono manutenzione, sono resistenti alle vibrazioni, non contengono liquidi che possono fuoriuscire e possono essere collocate in sicurezza in zone con scarsa ventilazione.
Poiché le batterie AGM possono soddisfare un elevato fabbisogno energetico e si scaricano molto lentamente, sono quelle preferite nel settore automobilistico e vengono spesso utilizzate nei veicoli dotati di sistemi Start & Stop.
 

La manutenzione delle batterie

A questo punto, vale la pena notare che i veicoli dotati di sistemi di monitoraggio delle batterie richiederanno la calibrazione a ogni rinnovo della batteria.
I sistemi di monitoraggio forniscono informazioni precise sullo stato delle batterie e al contempo considerano gli effetti del loro invecchiamento.
Valori come i dati sulla corrente e sulla batteria devono essere reimpostati utilizzando l’attrezzatura per la diagnostica. Se si ignora questa operazione, può verificarsi un sovraccarico che provoca un guasto precoce della batteria.

Si raccomanda di prestare attenzione quando si impiegano caricabatterie esterni, perché le batterie VRLA devono essere caricate a una velocità bassa e lentamente.
È consigliabile utilizzare caricabatterie intelligenti, in grado di regolare automaticamente tensione e corrente, per evitare danni alla batteria.
In caso di dubbi sulla compatibilità e sull’utilizzo, seguire le raccomandazioni del produttore.
 

Tendenze e sviluppo per il futuro

Il settore automobilistico prosegue la ricerca negli sviluppi della tecnologia delle batterie: l’obiettivo ultimo è quello di inventare una batteria capace di accumulare grandi quantità di energia elettrica, ma che richieda un periodo di tempo relativamente breve per ricaricarsi.
Gli esempi a seguire offrono una breve panoramica su alcune delle strategie e degli elementi nuovi in fase di studio.
Le batterie a stato solido sostituiscono l’elettrolito delle batterie attuali con una sostanza solida per aumentare la capacità di energia. Poiché funzionano a temperature basse, il rischio di prendere fuoco o di esplosione è ridotto. Queste batterie dovrebbero durare più a lungo ed essere più economiche da produrre rispetto a quelle esistenti.
Le batterie a base di silicio sono batterie agli ioni di litio con silicio. L’utilizzo di questo materiale aumenta la capacità di carica, garantendo una durata notevolmente più lunga tra una ricarica e l’altra. La disponibilità vastissima del silicio lo rende inoltre una soluzione percorribile.

È stato dichiarato che le batterie con tecnologia agli ioni di fluoruro accumulano una quantità di energia fino a 10 volte superiore rispetto a quelle attuali agli ioni di litio. Tuttavia, al momento, questo tipo di batterie funziona solo a temperature elevate, quindi è necessario risolvere la questione del limite di temperatura prima che queste batterie diventino una soluzione realistica.
Nonostante l’età avanzata della batteria a 12 Volt, esiste ancora la possibilità di migliorare e gli insegnamenti del passato indicano che trovare la batteria perfetta può voler dire procedere a passi lenti e ponderati. È improbabile che si verifichino progressi significativi in brevissimo tempo nella tecnologia futura e il settore potrebbe prevedere tempi di sviluppo estesi della durata di diversi anni o addirittura decenni.
 

Il supporto di Autodata

Il modulo “Scollegamento e ricollegamento batteria” di Autodata fornisce tutte le informazioni necessarie perché i meccanici possano effettuare gli interventi sulle batterie odierne in modo ottimale ed efficiente.
Le funzionalità comprendono schemi che mostrano l’ubicazione e le procedure di scollegamento della batteria, istruzioni propedeutiche allo scollegamento e un elenco di componenti elettrici da reimpostare dopo aver ricollegato la batteria.
Per maggiori informazioni, visitare www.autodata-group.com.

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