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Il caricabatterie
Tutti i generatori utilizzano qualche forma di energia per produrre energia elettrica.
Le pile e le batterie ricaricabili utilzzano energia chimica.
Quando i composti chimici che reagiscono sono esauriti perchè si sono trasformati in altri composti si dice che la pila è consumata o esaurita. Le sostanze chimiche non possono più reagire per continuare a produrre energia elettrica.
La misura della durata di una batteria è definita dalla sua capacità che viene indicata in mAh.
Alcune reazioni sono reversibili! E' il caso degli accumulatori o batterie ricaricabili: batterie NiMh, NBiCd, agli ioni di litio, al piombo acido (quella delle automobilli) ... per saperne di più vedi qui.
Per caricare una batteria occorrono i seguenti requisiti
a) essere del tipo ricaricabile (rechargeable), non tutte le pile sono ricaricabili (nota 1)
b) disporre di un circuito che riesce a produrre una corrente continua di senso inverso: che entra dal polo positivo e che esce dal polo negativo della batteria da ricaricare
c) impedire la scarica sul circuito di ricarica
d) impedire la sovracarica con conseguente surriscaldamento e danni ai circuiti o alla batteria stessa (nota 2)
e) limitare la corrente di carica in ogni condizione
Un carcabatterie ideale è costituito da un generatore di corrente (non di tensione) costante che si interrompe quando la batteria è carica. Nella pratica disponiamo di generatori di tensione e quindi bisogna prevedere accorgimenti circuitali per realizzare la funzione in modo accettabile.
Il circuito che consente queste funzioni ha un generatore che produce una tensione continua superiore alla fem della batteria da ricaricare (requisito b), che ha un diodo che serve ad impedire che si producano correnti di ritorno (requisito c) e che ha un resitore limitatore di corrente (requisito e).
Per caricare, il valore di EG deve essere sempre maggiore del valore di EB in qualunque condizione di carica
Il valore di R si calcola tenendo conto che a batteria scarica, quando si ha la EB minima (al limite con tensione nulla) circoli la massima corrente che il caricabatterie e la batteria possano sopportare.
R=(EG-EBmin)/IMAX
Calcolato il valore della resistenza, occorre dimensionarla in modo che sia in grado di smaltire il calore prodotto per effetto joule senza danni:
Pj = R*I2
Il generatore G può essere:
- un semplice alimentatore con trasformatore e raddrizzatore, nel qual caso la carica avviene solo quando la sua tensione supera la fem della batteria,
- oppure un alimentatore stabililzzato (nota 3)
- o un'altra batteria.
Per assicurare il requisito c) si usa un diodo D in serie che impedisce la scarica sul caricabatteria; il ponte di diodi assicura la stessa funzione.
Il requisito d) viene assicurato con un circuito elettronico che monitora il lvello di carica in modo da fare spegnere il caricabatterie quando si è raggiunta la massima carica. In questo caso il circuito elettronico potrebbe comprendere le funzioni del resitore R e del diodo D.
La carica è completa quando la batteria ha accumulato tanta carica quanta prevista dalla sua capacità
C= I*t
C: capacità della batteria misurata in mAh
I: intensità media di corrente di carica misurata in mA
t: durata della fase di carica in ore
L'espressione serve anche per i caso inverso: data la capacità C della batteria (supposta completamente carica) e la corrente media si calcola la durata della carica:
t=C/I
Circuiti elettronici più sofisticati possono produrre una corrente di carica costante per ogni situazione per assicurare il requisito e).
In altre situazioni i caricabatterie producono corrente pulsanti di carica perchè alcune batterie sono meglio utilizzate con questo tipo di carica.
Quando le batterie devono essere mantenute cariche per tempi lunghi (è il caso delle batterie degli antifurti) si usa un caricabatterie in tampone. Il circuito elettronico del caricabatterie sempre connesso provvede a ricaricare la batterie appena avverte una diminuzione della tensione. In questo modo l'antifurto è sempre pronto ad intervenire.
Attenzione: le batterie hanno durata e numero di ricariche limitate; dopo un po' di tempo bisogna sostituirle.
Si può approfondire a questo link.
note
nota 1: cercare di ricaricare una batteria "non ricaricabile" può essere molto pericoloso per il rischio incendio o il rischio esplosione
nota 2: se la batteria è carica alla sua massima capacità e il caricabatterie continua ad inviare corrente, tutta l'energia corrsipondente si trasforma in calore perchè non può trasfornmarsi in energia chimica essendo gia completa la reazione di ricarica
nota 3: usando la porta USB di fatto si usa l'alimentatore stabilizzato del PC