In questo secondo articolo riporto misure e considerazioni riguardanti l'uso (quindi anche la ricarica) delle batterie stilo e ministilo descritte nella prima parte:

Batterie NiMH: test e caratterizzazione

Spero che le informazioni fornite possano essere utili per un uso ottimale di questa chimica anche da parte dei meno "battery-addicted"

Impieghi tipici

Le batterie NiMH sono disponibili in svariati formati, ma il loro impiego più diffuso è nella sostituzione delle pile alcaline non ricaricabili nei formati stilo (AA) e ministilo (AAA).

La differente tensione nominale (1,3V delle NiMH invece di 1,5V circa delle alcaline) è uno dei principali motivi per una eventuale incompatibilità dell'apparecchio utilizzatore con le batterie ricaricabili. Il problema era molto più frequente anni fa (fino al 2010 circa), quando le NiMH erano meno conosciute e i dispositivi elettronici non venivano progettati per renderne possibile l'uso; il problema si ripresenta ancora oggi per alcuni apparecchi "energivori" con assorbimento elevato di corrente che abbassa ulteriormente la tensione di lavoro ai capi delle NiMH, ma molti di questi dispositivi prevedono ormai l'uso di batterie al litio dedicate.

Vediamo alcuni dei tipici dispositivi sui quali ho avuto modo di utilizzare le NiMH.

Telecomandi, sensori antifurto, dispositivi wireless

I classici telecomandi per televisori sono un impiego "facile" per le NiMH, in formato AA e AAA.

Sono apparecchi con assorbimento molto basso e discontinuo, quindi beneficiano essenzialmente della bassa autoscarica di questa chimica che permette un intervallo di mesi tra una ricarica e la successiva. L'uso di batterie nei soli telecomandi non ne giustificherebbe probabilmente l'acquisto e la gestione, le si usa principalmente perchè "le si hanno già".

Più vantaggioso invece l'impiego di celle NiMH nei sensori dei sistemi antifurto wireless, dove la necessità di avere batterie sicuramente efficienti provocherebbe una sostituzione frequente delle batterie non ricaricabili.

Un altro impiego tipico, anche se "nascosto" è in tanti oggetti di uso comune: rasoi ricaricabili, telefoni cordless e altri dispositivi spesso alimentati da batterie proprietarie che se disassemblate (in caso di batterie esauste) risultano essere composte da due batterie AA o AAA collegate in serie.

Nella foto il mio rasoio Braun ormai trentennale; ho recentemente sostituito le batterie originali, che erano talmente esauste da ritardare l'accensione del rasoio perfino se collegato alla rete.

Radioline portatili

Ecco un esempio di utilizzo apparentemente leggero ma potenzialmente stressante per le batterie. La radiolina portatile in foto utilizza 4 pile formato AA in serie.

L'assorbimento dipende dal volume impostato e varia indicativamente da 40 a 150 mA alla tensione nominale di 4x1,5=6V.

La radiolina funziona anche con batterie NiMH (quindi 4x1,3=5,2V) ma continua a funzionare anche, col proseguire della scarica, con tensione di soli 3,5V, quindi continua a funzionare anche con una o più celle totalmente scariche.

Questo può provocare una sovrascarica o addirittura una inversione di tensione delle celle più scariche, con uno stress e un probabile invecchiamento accelerato delle stesse.

Navigatori outdoor e macchine fotografiche digitali

Riporto questi esempi perchè rappresentano casi di uso intenso e critico della batterie ricaricabili.

Le macchine fotografiche montano spesso batterie al litio, ma in alcuni casi (specie negli anni passati) utilizzano pile sfuse alcaline, rimpiazzabili con ricaricabili NiMH.

La mia vecchia fotocamera Fuji (fine anni 2000) risultava quasi inutilizzabile con batterie NiMH; le misure avevano svelato il motivo: la macchina, alimentate da 4 pile AA in serie, assorbiva 0,3A in standby, ma questa corrente aumentava anche fino a 0,8A con zoom in movimento. Inoltre la segnalazione di batteria totalmente scarica si accendeva con tensione del pacco pari a 4,6V, e la macchina si spegneva bruscamente con tensione pari a 4,2V (quindi in media 1,05V/cella). L'uso con batterie NiMH richiedeva allora una selezione delle batterie migliori sia come capacità effettiva che come tensione di lavoro ad alti assorbimenti.

Il mio primo navigatore outdoor è stato nel 2010 un Garmin Etrex Vista (ne ho parlato in precedenti articoli).Assorbiva da due stilo in serie una corrente variabile da 80 a 170mA a seconda della luminosità del piccolo display, e si spegneva con Vbatt=1,8V; era possibile quindi usarlo una giornata intera con batterie aventi capacità di 1000-1500mAh.Navigatori con display più grandi possono assorbire anche 400mA e necessitano quindi di un pacco batterie di scorta o di una pila litio dedicata più prestazionale.

Caricabatterie in commercio

In commercio esistono svariati caricabatterie specifici per le batterie NiMH.

I caricabatterie economici sono quelli reperibili in qualsiasi ipermercato o negozio di elettrodomestici/elettronica, a prezzi abbordabili (anche pochi euro) e spesso abbinati in offerta con 4 pile ricaricabili dello stesso marchio.

Presentano limiti intrinseci dovuti principalmente al funzionamento caratteristico: caricano le batterie solo in coppie collegandole in serie tra loro, e possono quindi avere problemi a ricaricare celle degradate, o stressare celle diverse (come produttore, invecchiamento o stato di scarica) messe in carica contemporaneamente.

Nonostante questi limiti sono quelli che io ho sempre usato e continuo ad usare, e pertanto riporto un loro test approfondito nel prossimo paragrafo.

Esistono anche caricabatterie evoluti, che permettono di scegliere il tipo di chimica (e le relative tensioni e correnti specifiche), effettuare cariche e scariche (per annullare l'effetto memoria delle vecchie NiCd) e soprattutto di caricare le celle singolarmente.

In rete si trovano info e video che ne descrivono le caratteristiche, per esempio:

video

Alcuni di questi CB permettono anche una carica rapida (a 1A o più) utile in alcuni impieghi (esempio batterie per radiomodelli) ma in generale da evitare perchè stressa le batterie.

Il costo mediamente elevato non ne giustifica l'acquisto se non si usano queste celle per impieghi gravosi e ripetuti, per esempio il caricatore technoline BC700 (visibile nella foto) è in vendita a circa 30€ online.

10_BC700.jpg

Nel 2016 avevo acquistato un caricabatterie "intermedio", il Varta 57070, che sembrava caricasse le celle singolarmente ma si era poi rivelato molto scadente tanto da spingermi alla restituzione immediata.

Test caricabatterie da presa economici

In questo paragrafo riporto i risultati di alcuni test effettuati sui miei due caricabatteria da presa di tipo economico presentati in foto; entrambi, come anticipato nel paragrafo precedente, caricano le batterie solo a coppie e collegandole internamente in serie tra loro.

Energizer Hi-energy charger per NiCd-NiMH (a sinistra nella foto)

E' il mio primo caricabatterie comprato più di 10 anni fa, ed è ancora quello che uso maggiormente.

La targa e il foglietto illustrativo dichiarano una potenza assorbita da rete di 4,6W da rete, e una corrente @2,8V (150mA su AA e 50 su AAA), cariche di mantenimento di 20/17mA.

Varta 57462 (a destra nella foto) Acquistato nel novembre 2016, dichiara in uscita @2,8V correnti di 220/120mA su AA/AAA.

Entrambi questi caricabatterie non sembrano effettuare misure raffinate per determinare il raggiungimento della carica totale: la carica tipicamente dura più di 10-15h e provoca un riscaldamento considerevole delle celle a fine carica. Anche inserendo pile già cariche la carica parte e dura svariate ore.

Esclusa una misura di temperatura per la conformazione degli alloggiamenti, si può solo ipotizzare una interruzione della carica dopo un certo numero di ore in "trickle charge" (cioè a tensione costante e corrente minima).

Le misure hanno infatti dimostrato che entrambi i caricabatterie non impiegano fasi di carica a corrente costante ma solo una carica a corrente decrescente con l'aumentare della tensione (misurata su due celle in serie).

In foto sono visibili i contatti artigianali usati per poter misurare tensioni e correnti senza interrompere la carica:

Riepilogo delle correnti (in mA) misurate durante la carica

Sono valori indicativi, influenzati dall'impedenza dell'amperometro, ma evidenziano che il caricabatterie Varta è leggermente più veloce.

La tensione finale in entrambi è abbastanza elevata e pari alla somma delle due tensioni di cella corrispondenti a It=100-150mA (si veda il primo articolo), quindi circa 3,0-3,4V. Quindi la tensione di fine carica non è stabilita dai caricatori ma dipende dalle celle messe in carica.

E' evidente il motivo per il quale è preferibile mettere in carica a coppie batterie uguali e scaricate in maniera simile tra loro: se una delle due batterie è più carica può ritrovarsi attraversata da una corrente relativamente elevata (2-300mA) che provoca un innalzamento anomalo della tensione di cella (anche 1,6-1,7V) e un surriscaldamento della stessa.

Consigli per l'uso e conclusioni

In questi due articoli ho fornito alcune semplici misure che magari non tutti hanno voglia o capacità di fare, ma....quali consigli si possono dare per un uso corretto delle NiMH.

Le misure fatte e l'esperienza di più di 10 anni di uso continuato e documentato mi permettono di affermare che le batterie NiMH sono intrinsecamente molto affidabili e durature, e il costo contenuto ne permette l'uso in sostituzione delle non ricaricabili senza grossi problemi.

Per impieghi non gravosi (per i quali ormai vengono usate quasi esclusivamente celle al litio) è sicuramente possibile e conveniente utilizzare i caricabatterie economici in vendita a pochi euro, e batterie anche di marche meno note o di "marca ipermercato". Un semplice contenitore può aiutare a tenere cariche e pronte all'uso un certo numero di batterie usandole a rotazione:

in tal modo si evita anche, senza troppe complicazioni, di mettere in carica batterie parzialmente o totalmente cariche e batterie scariche contemporaneamente (operazione sconsigliata come già detto).

Per stimare lo stato di carica di una batteria e la suacapacità effettiva andrebbe usato un misuratore di capacità in scarica come descritto nel 1o articolo.

In assenza di esso una stima molto grossolana si ottiene dalla tensione a vuoto, poco significativa ma che normalmente è pari a circa 1,3-1,4V su batterie totalmente cariche, e scende a circa 1,2V a vuoto su batterie scariche.

Una misura più significativa, ma "delicata" e da eseguire solo se necessario, è la misura veloce della corrente di corto circuito, come spiegato nel 1o articolo.

L'invecchiamento di queste celle è molto graduale negli anni, e consiste in una progressiva perdita di capacità effettivamente disponibile, e un aumento della resistenza interna che le rende meno adatte a impieghi "energivori".

Queste batterie hanno comunque durate tipiche superiori ben superiori 5 anni, garantendo la convenienza economica del loro impiego; per impieghi "leggeri" come radioline o telecomandi possono essere usate per 10 anni o più perchè autoscarica e tensione a basso assorbimento restano eccellenti anche con capacità effettiva ridotta al 50% o meno di quella nominale.

Il triste momento della "rottamazione" quindi viene essenzialmente determinato dalla durata in scarica nell'apparecchio che ci interessa alimentare: finchè la durata è soddisfacente si può continuare a usarle, essendo il costo delle ricariche irrisorio.

Nel caso di impiego in serie è probabile che solo alcune batterie saranno degradate e da rottamare, e potremo individuarle con un test in scarica o con la solita prova "brutale" della corrente di corto circuito, ch esu pile nuove può avvicinarsi a 10A ma su pile esauste cariche si riduce notevolmente anche a valori ben inferiori a 1A.

Riferimenti

Primo articolo sulle NiMH:

1a parte

Per chi fosse interessato a test approfonditi di batterie al litio per trazione e ad altri argomenti da me trattati (gestione batterie, veicoli elettrici, risparmio energetico e altro) segnalo questo mio articolo che riassume e riporta il link a tutti i miei articoli:

L'articolo degli articoli (novembre 2017)

http://www.electroyou.it/richiurci/wiki/l-articolo-dei-miei-articoli

Le informazioni sui caricabatterie evoluti sono tratte da questo 3d su Energeticambiente:

http://www.energeticambiente.it/pile-e-batterie-generico-/14759149-gestione-batterie-nimh-stilo-aa-ministilo-aaa-altri-formati.html

Buona lettura!