Come si fa, fisicamente, a scaricare una cella od una batteria? Tutti sappiamo che la batteria del cellulare si scarica. Cerchiamo di capire cosa avviene e come variano tensione, corrente e potenza durante la scarica.
Nelle prove di scarica di una batteria, al fine di misurarne la “bontà”, si utilizzano semplicemente dei carichi resistivi o carichi elettronici, ovvero delle resistenze, fisse o variabili (non in modo casuale) che qui schematizzeremo come semplici resistenze.
E’ fondamentale ricordare la base di tutto, la legge di Ohm, per la quale:
V=R·I
dove V: tensione in volt [V] ; R: carico o resistenza in ohm [Ω] ; I: corrente elettrica in ampere [A].
Queste sono le variabili più importanti che entrano in gioco durante la scarica di una cella o batteria di celle.
Esistono 3 modi per scaricare una batteria. Sono 3 modi utili ai fini della misurazione della batteria. Esiste un quarto modo, vediamolo subito, che è quello reale. Purtroppo inutile ai fini della misurazione o della creazione delle curve di scarica.
Scarica reale a carico variabile
Consideriamo la batteria di un qualsiasi dispositivo elettronico: il nostro computer portatile, il tablet o lo smartphone. Dal momento in cui li accendo, la batteria inizia a scaricarsi. L’unica cosa certa è che la tensione della batteria, per esempio dello smartphone è 3.6/3.7V nominali. Questo significa che la tensione partirà da circa 4.2V (batteria carica) e scenderà, durante l’uso cioè durante il tempo di scarica, fino ad un valore minimo…diciamo 3V. A questo punto la batteria è scarica.
In una situazione di scarica reale, non posso prevedere nulla. L’assorbimento di corrente dalla batteria e quindi la potenza fornita dalla batteria, varia a seconda delle richieste dell’apparecchio: la luminosità del display, l’uso di applicazioni più o meno pesanti, i giochi, i video, il wifi, il bluetooth etc…In questa situazione, il voltaggio scende sempre, la corrente assorbita invece varia. E’ massima quando l’apparecchio richiede molta energia per funzionare, ho tutto acceso, display a palla, wifi, bluetooth e sto giocando. E’ minima quando l’apparecchio è in stand-by.
Questa modalità di scarica, seppur reale, è assolutamente inutile ai fini della misurazione di una batteria, perchè è completamente casuale. Abbiamo bisogno di metodi di scarica che siano ripetibili, quindi sempre uguali, utili alla misurazione ed al confronto tra due o più batterie.
Scarica a Resistenza costante
E’ questo il tipo di scarica che possiamo produrre “in casa”, al volo. Utilizzando per esempio una lampadina od una resistenza. Ipotizziamo che il valore di questa resistenza sia 1.4 ohm e vediamo che succede ad inizio e fine scarica:
Se devo alimentare una lampadina ad incandescenza, per esempio, potrebbe essermi utile sapere quanto tempo durerà una certa batteria (piuttosto che un altra) in dipendenza dal valore di R. Esistono infatti grafici relativi alla scarica a resistenza costante.
Scarica a Corrente costante
E’ il tipo di scarica più importante per le misure e la creazione delle curve di scarica. Occorre un carico variabile, possibilmente automatico (spesso si usano di tipo elettronico). Ipotizziamo di voler scaricare la cella con una corrente di 3 ampere (3A).
Questo tipo di scarica è estremamente diffuso: viene utilizzato per creare delle curve, viene utilizzato dai sistemi di laboratorio che testano le batterie etc…
Scarica a Potenza costante
E’ un altro metodo di scarica, interessante per alcune applicazioni. Occorre un carico variabile (electronic load) automaticamente. Ipotizziamo che la cella debba fornire 12.6W di potenza costante per tutto il tempo di scarica.
Nota importante
In tutti i casi, sia che scarichi con R, P od I costanti, notiamo che la tensione diminuisce. Il voltaggio della cella infatti non ha altra scelta. E’ questa una caratteristica intrinseca delle batterie e vale (più o meno) per tutti i tipi di chimica con cui la batteria è costruita.
Viene quindi naturale analizzare la variazione del voltaggio nel tempo, ovvero costruire la curva v=v(t) che mostra la variazione della tensione in funzione del tempo di scarica. Queste curve sono dette curve di scarica e sono molto importanti per lo studio della qualità ed il confronto.