Lo scopo di una batteria è immagazzinare energia e rilasciarla al momento desiderato. Questa sezione esamina la scarica con diverse velocità C e valuta la profondità di scarica alla quale una batteria può arrivare in sicurezza. Il documento osserva inoltre diversi segni di scarica ed esplora la durata della batteria in diversi modelli di caricamento.
La batteria elettrochimica ha il vantaggio rispetto ad altri dispositivi di accumulo di energia in quanto l'energia rimane elevata durante la maggior parte della carica e poi diminuisce rapidamente quando la carica si esaurisce. Il supercondensatore ha una scarica lineare, aria compressa e un dispositivo di accumulo a volano è l'inverso della batteria poiché fornisce la massima potenza all'inizio.Figure 1, 2 e 3illustrare le caratteristiche di scarica simulata dell'energia immagazzinata.
La maggior parte delle batterie ricaricabili può essere sovraccaricata per breve tempo, ma è necessario mantenerla breve. La longevità della batteria è direttamente correlata al livello e alla durata dello stress inflitto, che comprende carica, scarica e temperatura.
Gli hobbisti del telecomando (RC) sono una razza speciale di utilizzatori di batterie che estendono al massimo la tolleranza delle batterie "fragili" ad alte prestazioni scaricandole a una velocità C di 30°C, 30 volte la capacità nominale. Emozionante come possono essere un elicottero RC, un'auto da corsa e una barca veloce; l'aspettativa di vita dei pacchi sarà breve. Gli appassionati di RC sono ben consapevoli del compromesso e sono disposti a pagare il prezzo e ad affrontare ulteriori rischi per la sicurezza.
Per ottenere la massima energia in rapporto al peso, i produttori di droni gravitano verso celle ad alta capacità e scelgono l’Energy Cell. Ciò è in contrasto con le industrie che richiedono carichi pesanti e lunga durata. Queste applicazioni utilizzano la Power Cell più robusta con capacità ridotta.
Profondità di scarica
Scariche di piombo acido a 1,75 V/cella; sistema a base nichel a 1.0V/cella; e la maggior parte degli ioni di litio a 3,0V/cella. A questo livello viene consumato circa il 95% dell'energia e la tensione diminuirebbe rapidamente se la scarica continuasse. Per proteggere la batteria da uno scaricamento eccessivo, la maggior parte dei dispositivi impedisce il funzionamento oltre la tensione di fine scarica specificata.
Quando si rimuove il carico dopo la scarica, la tensione di una batteria sana si ripristina gradualmente e aumenta verso la tensione nominale. Le differenze nell'affinità dei metalli negli elettrodi producono questo potenziale di tensione anche quando la batteria è scarica. Un carico parassita o un'elevata autoscarica impediscono il ripristino della tensione.
Una corrente di carico elevata, come nel caso della perforazione del calcestruzzo con un utensile elettrico, abbassa la tensione della batteria e la soglia della tensione di fine scarica viene spesso impostata su un valore inferiore per evitare un'interruzione prematura. La tensione di interruzione dovrebbe essere abbassata anche durante la scarica a temperature molto fredde, poiché la tensione della batteria diminuisce e la resistenza interna della batteria aumenta.
Il sovraccarico di una batteria al piombo può produrre acido solfidrico, un gas incolore, velenoso e infiammabile che odora di uova marce. L'idrogeno solforato si verifica anche durante la decomposizione della materia organica nelle paludi e nelle fogne ed è presente nei gas vulcanici e nel gas naturale. Il gas è più pesante dell'aria e si accumula sul fondo degli spazi poco ventilati. Inizialmente forte, l'olfatto si attenua con il tempo e le vittime non si accorgono della presenza del gas.
Cosa costituisce un ciclo di scarica?
Per ciclo di scarica/ricarica si intende comunemente la scarica completa di una batteria carica con successiva ricarica, ma non è sempre così. Le batterie raramente sono completamente scariche e i produttori spesso utilizzano la formula della profondità di scarica (DoD) dell’80% per valutare una batteria. Ciò significa che solo l'80% dell'energia disponibile viene fornita e il 20% rimane di riserva. Il ciclo di una batteria con una scarica inferiore a quella completa aumenta la durata e i produttori sostengono che questo è più vicino a una rappresentazione sul campo che a un ciclo completo perché le batterie vengono comunemente ricaricate con una certa capacità di riserva rimasta.
Non esiste una definizione standard di ciò che costituisce un ciclo di scarica. Alcuni contatori di cicli aggiungono un conteggio completo quando la batteria viene caricata. Una batteria intelligente può richiedere una scarica del 15% dopo la carica per poter usufruire di un ciclo di scarica; qualsiasi cosa di meno non viene conteggiata come un ciclo. Una batteria in un satellite ha una DoD tipica del 30-40% prima che le batterie vengano ricaricate durante la giornata del satellite. Una nuova batteria per veicoli elettrici può caricarsi solo all’80% e scaricarsi al 30%. Questa larghezza di banda si amplia gradualmente man mano che la batteria si scarica per fornire distanze di guida identiche. Evitare ricariche e scariche complete riduce lo stress della batteria.
Un'auto ibrida utilizza solo una frazione della capacità durante l'accelerazione prima che la batteria venga ricaricata. L'avviamento del motore di un veicolo assorbe meno del 5% di energia dalla batteria di avviamento, e questo è anche chiamato ciclo nell'industria automobilistica. Il riferimento al conteggio dei cicli deve essere fatto nel contesto del rispettivo compito.
Il riferimento al ciclo di scarica o al conteggio dei cicli non si riferisce altrettanto bene a tutte le applicazioni della batteria. Un esempio in cui il conteggio dei cicli di scarica non riflette accuratamente lo stato di vita è in un dispositivo di stoccaggio (ESS). Queste batterie integrano le energie rinnovabili provenienti dall’energia eolica e fotovoltaica fornendo energia a breve termine quando necessario e immagazzinandola se in eccesso. La durata del tempo tra la carica e la scarica può essere espressa in millisecondi; uno stato di carica tipico della batteria è del 40–60%. Invece del conteggio ciclico, il conteggio di Coulomb può essere utilizzato come mezzo per misurare l'usura.