MAI PIÙ “A SECCO” DI ENERGIA
La guida definitiva alle batterie di bordo. Con un grande esperto scopriamo come funzionano, quali scegliere, dove e come installarle le differenze tra modelli AGM, al gel e al litio e come farle rendere al massimo. Quanto costano veramente?
Le batterie sulla nostra barca sono di fondamentale importanza per la navigazione e la sicurezza, in primis, perché dalla batteria dipende l’avviamento del motore e il funzionamento del generatore che ricaricherà le batterie stesse quando non siamo in banchina. Le barche da crociera hanno ormai quasi tutte circuiti separati con almeno due batterie. Una di avviamento, dedicata al motore e a volte a utenze ad alto assorbimento come salpa-ancora o i bow-thruster. Una batteria servizi per utenze a basso ma continuo assorbimento: luci, radio, plotter, log, ventilazione, pompe sentina, inverter e quant’altro.
È fondamentale conoscere le caratteristiche della propria batteria, il suo stato e operare una buona manutenzione per far sì che renda al massimo. Ma soprattutto per non commettere errori che potrebbero costarvi molto cari.
Ora è il momento di fare chiarezza e capire bene come funziona una batteria marina, e approfondire le varie tecnologie (AGM, gel e litio). Assieme a Diego Volpi,
General Manager di MasterVolt Italia, uno dei più grandi produttori di batterie ad uso nautico, abbiamo realizzato questa “intervista alle batterie di bordo” dove vi raccontiamo tutto, ma proprio tutto quello che dovete sapere per essere sicuri di non restare mai più “a secco” di energia e non fare danni.
Partiamo dalle tecnologie “tradizionali” al piombo: AGM e gel, che differenza c’è?
AGM e gel sono tecnologie parenti, sono entrambe basate sulla stessa tecnologia al piombo e hanno sostituito completamente le vecchie batterie a liquido che erano “aperte”.
Le batterie AGM e gel sono tutte batterie sigillate. La struttura interna delle piastre in piombo di questi due modelli presenta due caratteristiche differenti: la AGM è costruita utilizzando tante placche in piombo sottili. Avendo una superficie di contatto con l’elettrolita molto ampia, può scaricarsi molto rapidamente, quindi è ideale per generare grandi correnti di picco per tempi brevi come avviamento motore. Si possono adattare anche all’uso di servizi leggeri. Quella al gel è una batteria che per costruzione ha caratteristiche ideali per un ciclo completo, ovvero fornire corrente a
servizi che richiedono corrente costante per lunghi periodi.
Ultimamente le batterie al litio stanno prendendo piede.
Quali sono le loro caratteristiche?
Le celle della batteria al litio non consentono variazioni costruttive capaci di differenziare la prestazione in spunto o ciclo completo: per sua natura la batteria al litio, come quella usata nei nostri telefoni cellulari, è una batteria ideale per i servizi in barca. La possibilità di ottimizzarne le caratteristiche si sposta sull’elettronica di controllo della carica e della scarica, un circuito integrato nella batteria BMS (Battery Management System). Alcuni costruttori stanno sperimentando il litio anche per l’avviamento. Le batterie al litio sono molto più leggere e hanno prestazioni di durata e carica superiori a quelle al gel.
“Per sua natura, la batteria al litio è la soluzione ideale per i servizi in barca”
Quanto dura una batteria e cosa sono i cicli di carica?
La vita di una batteria è legata ai cicli di carica. Per ciclo di scarica-carica si intende un ciclo completo: portare batteria al mini
mo (20% di carica per il Litio, 50% per il piombo) e riportarla al massimo (100%). Il numero di cicli viene usato per misurare la vita di una batteria. Se confrontiamo batterie di buona qualità a 12V, la vita media di una AGM viaggia interno ai 350 cicli di carica e scarica. La gel invece può arrivare a 500, 600 cicli completi. Come vita media, un modello al litio può tranquillamente raggiungere i 3000 cicli di carica!
Sappiamo bene che nell’uso a bordo, quasi mai si riescono a garantire cicli di carica e scarica completi. Sappiate che due cicli di carica parziali del 50% accorciano la vita della batteria AGM o gel un po’ di più che un singolo ciclo completo. La batteria al litio, grazie anche all’elettronica di controllo che gestisce la carica di tutte le celle non ha questo problema.
In pratica, quanto tempo durerà la mia batteria a bordo?
La durata delle batterie dipende dalla qualità costruttiva, dall’uso, dalla temperatura, e dalla cura che uno pone nell’operare la carica e la scarica. Questo vale per tutte le batterie. Tutti i cicli indicati dal costruttore sono riferiti a temperatura di riferimento di 25 gradi in condizioni ideali. Batterie che vivono in ambienti a temperature alte o che lavorano solo in estate, durano meno, molto meno. Per l’avviamento, possiamo aspettarci da una batteria AGM, dai 50.000 agli 80.000 avviamenti. Per quella dei servizi, con uso normale, possiamo aspettarci una durata di 6-7 anni.
Che cosa è l’effetto memoria di una batteria?
Le batterie al piombo AGM e gel soffrono di quello che viene chiamato effetto memoria, come le batterie dei primi telefoni cellulari. Elettricamente, l’effetto si esprime in un calo di tension. In pratica, la batteria riduce capacità di stoccaggio come se “ricordasse” lo stato dello scaricamento parziale precedente. Per evitarlo, bisognerebbe evitare i cicli di carica parziale, occorre sempre cercare di far scaricare il più possibile la batteria e poi ricaricarla.
Sulle tecnologie al piombo la batteria è performante fino circa al 50% di carica. E’ per questo che è consigliabile, anche una volta alla settimana, quando si sta in porto, di caricare a fondo la batteria lasciandola attaccata al caricatore anche una o due giornate. I caricabatterie automatici provvedono a garantire il ciclo completo ideale, sopperendo parzialmente all’effetto memoria.
Il Litio non ha questi problemi, si può scaricare anche completamente l’elettronica della batteria tuttavia protegge la batteria riporterà lo stato di batteria scarica già all’80% per ottimizzarne la durata e il funzionamento.
Qual è la batteria giusta per i servizi di bordo?
Il salpa ancora e il bow-thruster si comportano come un motorino di avviamento, va
benissimo una batteria AGM ad alto spunto. Il frigorifero, le luci, il log, plotter, impianti radio, autopilota, sono tutti servizi che richiedono poca corrente per un lungo periodo. Per questi è sicuramente indicata una batteria ciclica gel o al litio.
Su alcune barche i cantieri introducono già di serie l’aria condizionata. Questi impianti assorbono molta energia e bisogna capire come lavora il compressore e per quanto tempo, per poter scegliere la batteria adeguata.
Quanto costano le batterie a seconda della loro tecnologia?
I prezzi del litio, a differenze delle aspettative di qualche anno fa, non stanno calando, per via della richiesta altissima della materia prima, prodotta solo da pochi paesi al mondo, e dal boom di richiesta del settore automobilistico. Tuttavia attualmente si può dimostrare che la batteria al Litio sia concorrenziale con le batteria al gel, anzi, sia la miglior soluzione. Perché costa circa tre volte di più ma fa cinque volte più cicli di carica. Pur a fronte ad un investimento iniziale importante, la batteria al litio sul lungo termine risulta vincente.
È possibile avere una o più batterie collegate insieme?
Le batterie a bordo devono essere divise per servizi. La batteria di avviamento farà solo avviamento e quelle servizi solo servizi. Ogni cantiere ha le proprie scelte costruttive ragionate sul progetto di servizi installati, tuttavia Il consiglio è di installare meno batterie possibili, ed evitare i pacchi batterie collegati tra loro. Due batterie da 100Ah rispetto a una da 200Ah, possono essere non equilibrate tra loro e non caricarsi correttamente, inoltre il punto debole degli impianti a bordo sono i collegamenti elettrici, meno ce ne sono, meno problemi daranno! E va detto che due batterie costano più di una.
Ci sono inoltre aspetti complessi sui collegamenti in serie-parallelo o su collegamenti di batterie da 12V per ottenere i 24V, per cui qualora a bordo abbiate banchi di batterie, affidatevi sempre a elettricisti specializzati o al costruttore.
Si può installare una sola batteria?
Solo sulle barche piccole. In tal caso, la scelta ricadrà sulle batterie AGM che, per quanto ottimizzate per l’avviamento motore, possono benissimo essere usate in modo ibrido alimentando i servizi di bordo. Se invece il motore a bordo proprio non c’è, come su piccoli natanti a vela, o il fuoribordo si avvia a cinghia .... ecco che per i servizi di luci, vhf, ricarica telefono, sarà ideale scegliere una piccola batteria al gel o meglio ancora al Litio, di piccole dimensioni, portatile, da ricaricare a casa o con dei pannelli solari.
Uno dei vantaggi delle batterie al litio sta nella loro “diagnostica” precisa: che cosa significa?
Siamo gia alla terza generazione di batterie al Litio. Il concept di Mastervolt, ad esempio, è stato quello di creare batterie per la nautica che fossero in grado di sostituire tutte le batterie esistenti, e dunque completamente compatibili con qualsiasi dei caricabatterie già presenti a bordo.
Fin dall’inizio per fare questo, l’elettronica di controllo BMS (Battery Management System), permette di controllare la batteria in maniera puntuale sia in fase di carica che in fase di scarica (per controllare lo sbilanciamento delle celle).
Come funziona?
I parametri di controllo dell’elettronica interna, sono disponibili in output sul bus di comunicazione, vengono visualizzati sui sistemi di gestione di bordo. Si hanno così
“Il consiglio è di installare meno batterie possibili, ed evitare i pacchi batterie collegati tra loro: questo ridurrà il rischio di problemi”
sempre in tempo reale informazioni sullo stato di carica e la salute della batteria, allarmi per batteria bassa, eventi eccezionali, e manutenzione. Tali parametri sono controllabili in remoto per assistenza e messa a punto da parte del costruttore.
È infatti possibile collegare il bus di comunicazione alla porta USB di un computer portatile, e attraverso una semplice connessione wifi o 4G, i costruttori possono sapere tutto sullo stato delle batterie e fornire assistenza su tutto l’impianto, o aggiornare il firmware all’ultima versione!
Per i velisti che stanno in mare più che in banchina... ha senso una batteria di backup per i servizi essenziali (radio, luci, plotter...)?
Avere una batteria di emergenza per le imbarcazioni sopra i 24m, la batteria per la radio o altri servizi essenziali indipendenti è già obbligatorio.
Per il diportista, avere una batteria in più non è tuttavia una scelta diffusa. Il vero problema è avviare il motore.
Qualsiasi barca è dotata oggi di un sistema di batterie in parallelo: quando ci si trova nella situazione in cui batteria di avviamento è morta, è possibile in via eccezionale usare la batteria servizi per far partire il motore. Una batteria in più, scollegata, aggiunge il problema della manutenzione. Meglio concentrarsi a tenere cariche e in perfetta efficienza le batterie principali.
Dove installare le batterie a bordo?
Ogni cantiere fa le proprie scelte. Ogni batteria, per quanto sigillata, può comunque avere una minima emissione di gas, ha infatti una valvolina per compensare le variazioni di pressione.
Le batterie vanno installate nei vani appositi indicati dal cantiere, e preferibilmente in luoghi ventilati.
Ho visto anche soluzioni fai da te di batterie installate sotto il letto, che non vanno assolutamente bene.
12 o 24 Volt?
Per le barche sopra i 12 metri, si tende ormai a utilizzare impianti a 24 volt.
È possibile rigenerare le batterie marine? Le tradizionali batterie al piombo aperte consentivano un minimo di manutenzione. Le batterie ermetiche non permettono di essere rigenerate, una volta terminato il loro ciclo, occorre sostituirle: ci sono però piccoli dispositivi che possono ridurre la solfatazione.
Come possono essere smaltite? Semplicissimo, portandole al produttore. Chi vende batterie ha l’obbligo di ritirare quelle esauste.
Cosa succede se le batterie finiscono in acqua?
Le batterie marine con tecnologia AGM e gel sono sigillate: nella peggiore delle ipotesi, se finissero completamente sott’acqua, potrebbe esserci un corto circuito all’impianto, che verrà danneggiato.
Questo perché la batteria al piombo, internamente, non ha nessun sistema di protezione. La batteria al litio invece, in caso di situazioni estreme, va in autoprotezione.
Come funzionano i sistemi di allarme e di autoprotezione?
Le batterie al litio hanno all’interno una decina di sensori di temperatura, che monitorano lo stato di tutte le piastre di rame di collegamento. Se il sistema di controllo batteria rivela qualche anomalia, genera un allarme ed è in grado di attivare il relè esterno di protezione che stacca la batteria. Sulla batteria, accanto ai contatti per il bus di comunicazione, ci sono dei contatti a cui collegare direttamente il relè.
“Le batterie marine sono ermetiche e non permettono di essere rigenerate. A fine ciclo, occorre sostituirle: esistono però piccoli dispositivi che possono ridurre la solfatazione”
Si è parlato molto di batterie al litio che prendono fuoco sui telefonini, può succedere a bordo?
No, le batterie al litio per uso nautico sono sicure. Di tecnologie al litio ce ne sono tantissimi tipi, con chimiche e tecnologie completamente diverse. Non bisogna confondere le formule usate per gli smartphone o sulle automobili, con quelle, diverse, per uso marino. Per la nautica, si usano batterie al litio-ferro-fosfato. Quest’ultima combinazione (LiFePO4) ha il rapporto tra capacità e peso volume peggiore, ma è quella che ha il livello di sicurezza più elevato! Viene dunque scelta una chimica e una tecnologia costruttiva sicura al 100% equivalente a una batteria al gel. Il settore automotive ad esempio privilegia batterie ottimizzate per la propulsione, più leggere e non universalmente compatibili, ricaricabili esclusivamente con il sistema di carica del costruttore e non sostituibili.
In caso di incendio, quello che brucia è la plastica di rivestimento delle celle: la nuova tendenza è di costruire celle con rivestimento metallico, per garantire ancora più sicurezza sulla batteria al litio.