Trattamento delle pile

Da WikiStreetMini4wd.

Introduzione

La ricarica delle pile secondarie fatta in modo accurato è ormai diventato un requisito fondamentale nelle gare di Mini4wD di un certo livello. Caricare bene le pile significa sfruttare al massimo il loro potenziale, mantenerle sempre efficienti e dannegiarle il meno possibile.

Nel caso in cui si optasse per caricatori di bassa qualità non pensati per il modellismo si correrebbe il rischio di danneggiare irrimediabilmente le pile. Come è stato descritto in altri articoli, le pile secondarie si basano su un processo chimico e reversibile. Tale processo è influenzato dallo stato dei cristalli dell'elettrolita all'interno della pila, i quali possono essere alterati da un trattamento improprio.


Effetto memoria (voltage depression) e lazy-battery

L'alterazione degli elementi chimici all'interno di una pila porta queste ultime a "soffrire" del cosiddetto effetto memoria (voltage depression) per le Ni-Cd o del lazy-battery nel caso di Ni-MH. Questi problemi sorgono sia a causa di ricariche troppo frequenti a bassa intensità di corrente, sia nel caso in cui si dimentica di scaricare per troppo tempo, ma anche quando si ricaricano pile cariche. In questi casi sugli elettrodi interni si formano dei piccoli cristalli, e la durata della pila si può ridurre addirittura del 90%, in quanto aumenta la resistenza interna e quindi la tensione scende rapidamente quando la pila è sotto carica.


Ricarica e scarica intelligenti

L'unico modo per garantire una lunga vita alle pile secondarie è utilizzare interamente la loro carica di energia e ricaricarle correttamente con il caricatore più idoneo. In altri termini per ottenere il massimo dalle proprie pile bisogna ricaricarle con caricatori per modellismo, i quali sono in grado di effettuare, oltre a ricariche intelligenti per mantenere l'efficienza delle pile elevata, scariche oculate che permettono di simulare l'utilizzo totale della loro carica di energia, la quale non è mai interamente sfruttata da una Mini4wD. La scarica di una pila di solito non deve arrivare sotto a valori di cut-off pari a 0.8-0.9V sotto carico di 1/10 C, pena l'inversione di polarità e la morte della pila stessa.

Uno strumento molto impiegato per scaricare correttamente le pile è l'impiego della cosiddetta basetta equalizzatrice. Una basetta equalizzatrice scarica linearmente le pile meglio di quanto possa fare un caricatore per modellismo: una volta raggiunto il valore di cut-off mantiene la pila a quel valore, continuando piano piano a svuotare la pila, attraverso un'opportuna resistenza.

In questo modo si hanno pile scaricate allo stesso punto e allo stesso modo, al contrario di ciò che accade con un caricatore per modellismo, poichè, una volta raggiunto il valore di cut-off, il caricatore interrompe il suo programma e la pila torna a salire di voltaggio in maniera istantanea, in quanto ha ancora energia da cedere.

Alla fine del processo di scarica attraverso una basetta equalizzatrice si parla appunto di "pile equalizzate", difatti tutte le celle avranno gli stessi valori.

Ricarica passiva e attiva

La ricarica di una pila secondaria può essere passiva o attiva:

  • La ricarica passiva carica la pila secondo valori prestabiliti, i quali sono stati calcolati in base allo stato di carica residua della pila. Il metodo di ricarica passiva più famoso è quello utilizzato dai caricatori economici e consiste nel dare una corrente costante alla pila per un tempo calcolato in base alla capacità che può accumulare. Si cerca sempre di dare una lieve sovraccarica alla pila per non rischiare una carica parziale, ma ciò tende a danneggiare le pile Ni-MH. Con questo metodo di ricarica sono impossibili le ricariche veloci: ridurre i tempi a meno di 10 ore è pericoloso per l'integrità delle pile. Inoltre una carica lenta con pile Ni-Cd e Ni-MH significa ingrossamento dei cristalli nell'elettrolita, le cui conseguenze sono un ridotto spunto e, in presenza di isolanti molto sottili, la perforazione con conseguente aumento dell'autoscarica. In generale, a una carica lenta deve seguire una scarica lenta, e questo non è il caso delle Mini4wD.
  • La ricarica attiva sfrutta dei segnali che emette la pila per terminare la carica nel momento più idoneo. Più precisamente è possibile sfruttare una caratteristica intrinseca delle Ni-Cd e Ni-MH: l'abbassamento della resistenza interna prima che raggiungano la loro carica massima. Studiando come si comporta la pila durante la sua ricarica è possibile usufruire della tecnica di ricarica chiamata Negative Delta Voltage (-deltaV). Questo sistema permette ricariche veloci e allo stesso tempo precise. La ricarica veloce non è utile solo per avere pile pronte nel minor tempo possibile, ma anche per mantenere piccoli i cristalli che si formano nell'elettrolita, in questo modo permettono reazioni chimiche più veloci che si traducono in uno spunto superiore della pila. Dunque una carica veloce per una scarica veloce. La ricarica attraverso questo metodo consiste nel dare una corrente costante alla pila, monitorando il suo voltaggio: esso sale lentamente durante la carica, fa un picco verso la fine e poi inizia a calare a carica completata. Tale calo a carica completata è il cosiddetto "negative deltaV" (nelle pile Ni-Cd è di circa 10mV, mentre nelle ni-mh è di circa 5mV), il quale nelle Ni-Cd avviene quando la loro carica è a circa il 105% della loro capacità, mentre nelle Ni-MH il deltaV può verificarsi più avanti nella carica, anche al 120-130%, specie alle temperature più elevate. Per questo motivo se non vengono usati caricatori particolarmente precisi la carica a -deltaV porta a continue sovraccariche delle Ni-MH, accorciandone la vita.

Alcuni caricatori utilizzano delle fasi secondarie dopo o durante la ricarica, la più conosciuta è la "carica di mantenimento" (trickle charge) che viene erogata dopo la carica principale per controbilanciare l'autoscarica della pila. Mentre per le Ni-Cd la carica di mantenimento può essere anche di 1/20 della loro capacità, per le Ni-MH deve essere di 1/300 della capacità. Per questo motivo non bisogna mai impiegare un caricatore per Ni-Cd su delle pile Ni-MH a meno di non volerle rovinare.

Consigli per la ricarica delle pile secondarie

Non esiste un metodo migliore per caricare delle pile secondarie: dipende dal tipo di pila, dalla sua capacità e dalle sue caratteristiche, le quali possono cambiare da un elemento all'altro. I produttori di pile Ni-MH consigliano ad esempio correnti di carica comprese tra 1/2 e 1/1 della capacità dell'elemento e temperature comprese tra i +10 e +30°C per avere un deltaV significativo e rilevabile in tempo prima di danneggiare la pila. Un metodo abbastanza utilizzato per la selezione e la ricarica di pile secondarie Ni-MH LSD per gare di Mini4wD in strada attraverso l'impiego di caricatori per modellismo e altri strumenti simili consiste nel seguire i seguenti passi:

  • Le pile devono essere bilanciate, scaricandole tutte a 1.3A;
  • Bisogna ciclare le pile 3 volte, caricandole a 1/2 C della pila e scaricandole a 1.3A;
  • Bisogna ciclare le pile 3 volte, caricandole a 1C della pila e scaricandole a 1.3A;
  • Verificare quali pile reggono una tale scarica e accoppiare quelle con scarica simile;

A questo punto si hanno delle coppie selezionate.

Quando si devono caricare le coppie di pile per una gara bisogna:

  • Bilanciare le coppie, scaricandole a 1.3A, eventualmente impiegando una basetta equalizzatrice;
  • Caricare le coppie a 1/2 C della pila;

Poco prima della gara, anche se le pile sono state precedentemente caricate, bisogna dare una breve carica alle coppie, caricandole a 1.5C della loro capacità.