Manutenzione (ed eventuale rigenerazione) delle batterie

La manutenzione delle batterie è sempre un tema discusso che viaggia in parallelo con la domanda se bisogna sostituirle o possono sopravvivere ancora un pochino o magari essere rigenerate.
Innanzi tutto, dobbiamo capire con quale tipologia di batterie abbiamo a che fare, per quale utilizzo la batteria è stata progettata e con quale carico e in quali condizioni viene da noi utilizzata.

Come sappiamo, nella nautica abbiamo due classi principali di utilizzo: per avviamento e per servizi. Ciascuno richiederebbe un tipo di accumulatore specifico anche se esistono alcune batterie compatibili con entrambi gli usi.

La durata dipende dal tipo di batteria, dal tipo di utilizzo (come detto, avviamento o servizi), da quante scariche profonde subisce, dalla manutenzione/utilizzo invernale, dal caricabatterie utilizzato e dalle condizioni e temperature di funzionamento e stoccaggio. Spesso può capitare che su un gruppo di batterie se ne sia danneggiata una sola che influenza le altre o addirittura (in caso di rottura dei collegamenti elettrici interni alle piastre) interrompe l’alimentazione elettrica, specie quando viene richiesto un carico più elevato. Anche per questo, una volta staccate, le batterie vanno verificate ad una ad una, separatamente e poi con e senza carico.

Di seguito esaminiamo brevemente i principali pregi e difetti delle varie tipologie anche per comprenderne l’utilizzo e la manutenzione, indicando una durata media basata su osservazioni dirette e un prezzo medio per ogni ampere di capacità, anche se tali valori cambiano molto in relazione alle marche e alla qualità. Inoltre il prezzo deve essere comparato anche con la durata e le differenti manutenzioni e prestazioni.

BATTERIE al piombo ACIDO

Sono le tradizionali batterie dove gli elettrodi / piastre sono immersi nel liquido (acqua distillata e acido solforico – elettrolita). Sono di riferimento per la comparazione con altre tipologie.
Caratteristiche positive
• Riescono a sopportare sovraccarichi di tensione importanti anche se vi possono essere cali di tensione rilevanti in caso di grandi carichi.
• Sono le più economiche sul mercato e sono reperibili ovunque.
• Utilizzo accettabile per avviamento e per servizi, compatibilmente con le prestazioni della tipologia.

Caratteristiche negative
• Nei cicli di carica e scarica producono gas idrogeno e ossigeno facilmente esplosivi (possono stare solo in contenitori/gavoni ventilati).
• Non possono essere capovolte.
• Il rapporto energia/peso è il più basso tra le varie batterie. Sono teoricamente scaricabili fino all’80{2e3577d2bd6aebaa150c85c33fcd353783f1aa6c690283591e00ef60b3336fc8} della loro capacità nominale anche se con uso continuo non conviene scaricarle oltre un 40{2e3577d2bd6aebaa150c85c33fcd353783f1aa6c690283591e00ef60b3336fc8} prima della ricarica, altrimenti ne accorceremmo molto la vita operativa.
• Una batteria si considera totalmente carica quando la tensione (nel caso dei 12 V) è pari a 12.90 V a 25 °C e dopo 24 h dalla carica.
• Tempi di ricarica lunghi, pari a circa 10-12 h, con correnti di circa il 10{2e3577d2bd6aebaa150c85c33fcd353783f1aa6c690283591e00ef60b3336fc8} della capacità batteria.
• Autoscarica elevata nei periodi di inutilizzo: anche 25{2e3577d2bd6aebaa150c85c33fcd353783f1aa6c690283591e00ef60b3336fc8} /mese.
• Durata e resistenza minore rispetto ad altre tipologie. Mediamente 400 cicli di carica/scarica.
• Risentono maggiormente di danni dovuti a vibrazioni e calore.
• Manutenzione frequente

Durata, prezzo e manutenzione
• Durata media su un’imbarcazione (con media/minima manutenzione) 3-4 anni.
Durate anche maggiori con batterie di qualità e con singole batterie/celle da 2 V separate e manutenzioni precise.
• Hanno il costo minore tra le batterie. Costo medio 1,60 euro/Ampere.
• Come detto, necessitano di un’accurata manutenzione periodica con cicli di carica/scarica e verifica livello elettrolita liquido.

BATTERIE AL GEL

Sono simili alle batterie al piombo acido, ma gli elettrodi/piastre non sono immersi in un liquido bensì in un gel.

Caratteristiche positive
• Sono sigillate in modo tale da non permettere normalmente la fuoriuscita dei gas. Hanno una valvola di sovrappressione di sicurezza.
• Sono in grado di sopportare scariche profonde.
• Utilizzo per servizi.
• Maggiore resistenza a vibrazioni rispetto a quelle al piombo acido.
• Vita superiore alle batterie al liquido acido/piombo, con più cicli di carica/scarica. In particolare quelle a elemento singolo da 2 Volt, che però sono adatte a grosse imbarcazioni poiché sono di grande capacità singola e quindi di peso e ingombro rilevanti.

Caratteristiche negative
• Autoscarica elevata nei periodi di inutilizzo.
• Tempi di ricarica lunghi paria circa 10-12 h con correnti di circa il 10{2e3577d2bd6aebaa150c85c33fcd353783f1aa6c690283591e00ef60b3336fc8} della capacità batteria.
• Maggiormente sensibili alle temperature rispetto a quelle al piombo acido.
• Non sono consigliabili come batterie per avviamento.
Durata, prezzo e manutenzione
• Durata media su un imbarcazione (con media/minima manutenzione) 3-4 anni.
Durate anche decisamente maggiori con batterie di alta qualità e con singole batterie/celle da 2 V separate e manutenzioni precise.
• Prezzo leggermente superiore rispetto a quelle al piombo acido. Costo medio 1,80 euro/Ampere.
• Sono esenti dal controllo regolare di livello del liquido ma necessitano di ricarica periodica.

BATTERIE AGM (absorbed glass mat)

Sono batterie al piombo/acido nelle quali l’elettrolita è situato in un feltro assorbente in fibra di vetro. Spesso sono anche al gel. Molto resistenti e performanti, in particolare la sub-categoria delle Spiral Cell.

Caratteristiche positive
• Sono a tenuta stagna, esenti dal controllo del liquido e più sicure anche in caso di rottura del contenitore.
• Utilizzo per servizi; alcuni tipi anche per avviamento.
• Possono essere posizionate anche lateralmente;
• Autoscarica molto bassa nei periodi di inutilizzo (1 – 3{2e3577d2bd6aebaa150c85c33fcd353783f1aa6c690283591e00ef60b3336fc8} al mese).
• Sono in grado di sopportare anche tre volte i cicli di carica/scarica rispetto a una batteria al piombo/acido; materiali di costruzione migliori.
• Tempi di ricarica molto più brevi. Alcune sub-categorie come le Spiral Cell accettano anche correnti di carica pari al 100{2e3577d2bd6aebaa150c85c33fcd353783f1aa6c690283591e00ef60b3336fc8} della capacità della batteria, potendo ricaricarsi completamente anche solo in un’ora, ovviamente utilizzando un caricabatterie adeguato. In tal modo fanno economizzare anche sulle ore di funzionamento del generatore di bordo. Inoltre, si ricaricano anche con cicli brevi di accensione e spegnimento tipici dei piccoli gruppi elettrogeni o dei tender.
• Vita superiore alle altre batterie, con molti più cicli di carica/scarica.
• Meno sensibili alle alte temperature.
• Maggiore resistenza a vibrazioni rispetto alle batterie al piombo acido.
• Le Spiral Cell, in particolare, hanno una resistenza a vibrazioni elevatissima (non hanno piastre che possano staccarsi facilmente nei collegamenti elettrici interni) e pesi ridotti a pari capacita di utilizzo di circa il 30-35{2e3577d2bd6aebaa150c85c33fcd353783f1aa6c690283591e00ef60b3336fc8} rispetto alle batterie al piombo acido, nonché una maggiore resistenza a temperature elevate di funzionamento. Hanno una tensione in uscita superiore di circa 1 Volt che si traduce in maggiore potenza in Watt (Watt = Volt x Ampere) e minori cadute di tensione con migliore funzionamento dei componenti elettronici connessi.
• Utilizzo preferito come batteria per avviamento, dove la potenza richiesta è molto maggiore. Molto buone anche per servizi e sistemi di emergenza, data la loro resistenza.

Caratteristiche negative
• È necessario utilizzare un caricabatterie di qualità appositamente progettato, in grado di fornire la cosiddetta “carica fluttuante”; parimenti si dovrebbe disporre di regolatori di tensione specifici sugli alternatori di ricarica se non si usa spesso il caricabatterie alimentato dalla corrente di terra/gruppo.
Durata, prezzo e manutenzione
• Prezzo maggiore rispetto alle batterie al piombo acido. Costo medio 2,20 euro/Ampere.
Costo medio Spiral Cell 3.30 euro/Ampere. Bisogna considerare che tali batterie equivalgono nell’utilizzo pratico a una al piombo acido di circa il 65/75 {2e3577d2bd6aebaa150c85c33fcd353783f1aa6c690283591e00ef60b3336fc8} di capacità maggiore: quindi, un’ottima AGM a Spiral Cell di 75 Amp equivale in pratica a una al piombo acido di circa 130/140 Amp e pertanto il costo per Ampere effettivo di utilizzo diventa circa 2,00 euro.
• Durata media su un’imbarcazione (con media/minima manutenzione) 5-7 anni.
• Sono esenti da manutenzione periodica di livello liquido e necessitano di ricarica periodica invernale con intervalli anche di 3 o 4 mesi, quindi molto ridotta.

BATTERIE NAUTICHE AL LITIO

Queste agli ioni di litio sono batterie elettrochimiche costruite principalmente (anche per motivi di sicurezza) con litio-fosfato di ferro (catodo), il cui nome chimico è LiFePO4, mentre l’anodo è in grafite.

L’elettrolita è un polimero di gel. Come tutte le batterie sono composte da più elementi. Ciascun elemento genera una tensione di 3,3 V (nelle tradizionali 2 V). La potenza di ogni cella è variabile ma, in generale, più sono grandi e meno collegamenti e problemi vi possono essere.

Di fondamentale importanza è l’elettronica di controllo della batteria, che ne assicura anche la sicurezza monitorando la tensione e la temperatura delle singole celle e dialoga con il sistema di caricabatterie per bloccare carica e scarica nonché con protocolli di scambio dati Nmea 2000. In caso di problemi l’elettronica interviene sui teleruttori di stacco generale. Una grande differenza nella sicurezza e durata è proprio nel funzionamento di tale sistema di controllo anche in base all’utilizzo della stessa batteria.

Questi accumulatori, che di continuo subiscono implementazioni e aggiornamenti, presentano numerosi vantaggi. Tra i principali: il rapporto peso/potenza, di gran lunga migliore rispetto a tutte le altre tipologie; la resistenza a cicli di scarica anche completi; il mantenimento della carica anche per lunghi periodi senza ricarica. Esiste, di contro, una superiore pericolosità di incendio correlata anche ai sistemi elettronici di controllo, motivo per il quale sono fondamentali l’importanza del produttore, la realizzazione specifica per ambiente marino e l’ubicazione a bordo in gavoni dedicati, protetti da acqua e calore e, possibilmente, resistenti al fuoco.

Caratteristiche positive
• Resistono fino a quattro volte di più i cicli carica/scarica rispetto agli accumulatori al piombo liquido.
• Hanno un ingombro ridotto.
• Molte sono adatte alla propulsione elettrica e ibrida.
• Pesano tra 1/3 e 1/4 delle classiche batterie al piombo/liquido.
• Si ricaricano anche al 100{2e3577d2bd6aebaa150c85c33fcd353783f1aa6c690283591e00ef60b3336fc8} con caricabatterie di adeguata potenza.
• Durata di vita assai lunga (3000-4000 cicli).
• Autoscarica estremamente bassa: intorno all’1{2e3577d2bd6aebaa150c85c33fcd353783f1aa6c690283591e00ef60b3336fc8}, massimo 1,5{2e3577d2bd6aebaa150c85c33fcd353783f1aa6c690283591e00ef60b3336fc8} al mese.
• Grande stabilità di tensione e durata.
• Alcuni costruttori offrono anche garanzie di 5 o più anni

Svantaggi delle batterie al litio
• Benché dotate di numerosi dispositivi di sicurezza al fine di prevenire sovraccarichi, incendi (nel cui malaugurato caso è meglio utilizzare estinguenti a base acquosa come schiuma) ed esplosioni, si deve evitarne il surriscaldamento (motivo per il quale l’alloggiamento nel locale motore è seriamente da evitare) o il danneggiamento dello strato protettivo, nonché evitare il contatto con acqua – specialmente quella salmastra – anche in considerazione del fatto che sono dotate di elettronica di controllo (sebbene quelle marine siano ben protette).
• Devono avere appositi caricabatterie di alta qualità anche relativamente ai regolatori di tensione degli alternatori motori.
• Sono sensibili alle basse temperature, in particolare al di sotto dei 5 gradi C.

Durata, prezzo e manutenzione
• Durata anche 10 volte superiore a quella di un’ottima batteria al Piombo-acido seguendo cicli di carica e scarica non profondi o tre-quattro volte con cicli di utilizzo molto profondi.
• Costano 4-5 volte una batteria al piombo liquido. Costo medio 16-18 euro/Ampere, ma le caratteristiche e la durata compensano parzialmente. Se non sono montate durante la costruzione della barca, è necessario realizzare un vano specifico a bordo e il ricorrere a unsistema di ricarica dedicato, con ulteriori extracosti.
• Sono esenti da manutenzione. Comunque sempre meglio ricaricarle un paio di volte nel corso della sosta invernale.

LA MANUTENZIONE INVERNALE

Un principio comune a tutte le tipologie è che, in caso di non utilizzo ordinario, le batterie vanno scollegate da tutte le utenze (non solo attraverso lo staccabatterie, che spesso lascia alimentati alcune utenze, come la passerella o il verricello) scollegando materialmente il polo negativo o positivo. Altra operazione da eseguire a fine stagione è smontare i morsetti, pulirne i contatti proteggendoli con grasso per batterie; meglio se i collegamenti alla batteria vengono effettuati sui perni a vite che comunque vanno verificati. Qualora non presenti, installare dei cappucci (rossi e neri) per la protezione da contatti accidentali, verificando bene che tutti i cavi e i capicorda siano ben saldi, puliti e integri e che, soprattutto, siano fissati con fascette in modo da non toccarsi anche in caso di stacco di uno di essi. Parimenti, verificare che le batterie siano ben alloggiate e assicurante mediante cinghie o altri dispositivi.

Batterie al piombo/liquido

Le batterie al piombo/liquido sono quelle che necessitano maggiormente di manutenzione e verifiche periodiche (mediamente ogni 15/20 gg) del livello dell’elettrolita di ciascun elemento (ce ne sono 6). Ricaricate ogni qualvolta arrivano a circa il 60{2e3577d2bd6aebaa150c85c33fcd353783f1aa6c690283591e00ef60b3336fc8} della carica con una corrente non superiore del 10{2e3577d2bd6aebaa150c85c33fcd353783f1aa6c690283591e00ef60b3336fc8} della loro capacità. Ovviamente, quando dimensioniamo un caricabatterie, ricordiamoci che, oltre a fornire quel 10{2e3577d2bd6aebaa150c85c33fcd353783f1aa6c690283591e00ef60b3336fc8}, deve in contemporanea somministrare la corrente (ossia gli Ampere) per le utenze normalmente funzionanti (autoclave, frigo, luci, stereo ecc). Un criterio empirico accettabile è scegliere un caricabatterie pari al 30/35{2e3577d2bd6aebaa150c85c33fcd353783f1aa6c690283591e00ef60b3336fc8} degli Ampere complessivi delle batterie al piombo/liquido.
Preliminarmente è bene pulirle con uno straccetto umido e rimuovendo olio, grasso e sale.

Nel periodo invernale bisogna anche prevedere un’operazione mensile di leggera scarica (ovviamente dopo aver ristabilito i collegamenti per il tempo necessario), utilizzando magari le stesse utenze della barca (per esempio, frigo o luci, per poi ricaricare utilizzando il caricabatterie di bordo. Il tutto ventilando il locale ove sono riposte e controllare il livello elettrolita.

Per verificare preliminarmente lo stato di una batteria carica a riposo si può utilizzare un semplice tester che, settato nella scala Volt (tra i valori 0 e 20) in CC (corrente continua) e posizionato direttamente sui due elettrodi, a utenze staccate, deve rilevare una tensione pari a 12,8 V. Una tensione di 12,3 V ci indicherà che dobbiamo ricaricarla, altrimenti si deteriorerà; tensioni al disotto di tale soglia potranno indicarci la presenza di problemi. Per test più precisi ci sono piccoli apparati che ci forniscono informazioni maggiori.

Altro controllo necessario è la verifica che le batterie siano in un posto chiuso e separato da altri ambienti (in particolare dalle cabine) ma comunque ben ventilato in modo che possa dissipare il calore eventualmente prodotto. È bene verificare che tutto sia ben pulito, con i collegamenti elettrici non scoperti, i cavi ben isolati e che gli staccabatterie funzionino perfettamente, con i contatti puliti, ben stretti e isolati, lubrificandoli.

A volte, tali batterie – sebbene ricaricate – non forniscono più la loro potenza anche dopo un periodo breve e, aprendo i tappi, si scopre che il colore delle piastre è biancastro. In tali casi spesso ciò è dovuto al fenomeno di solfatazione delle stesse, cosa che comporta un aumento notevole della resistenza elettrica interna; ciò si verifica in particolare con il lento processo di autoscarica invernale che è una causa di questo fenomeno. Le batterie al gel sono meno interessate dal problema della solfatazione, che comunque può avvenire in particolare nelle AGM. In tali casi, utilizzando appositi caricabatterie con funzione di desolfatazione si può provare a effettuare un procedimento di carica/scarica lungo con particolari impulsi di corrente che disaggregano tali cristalli: in molti casi può far riprendere vita alla batteria anche per altri 1-2 anni.

Ci sono anche alcune aziende che svolgono tale procedimento con apparati professionali, ottenendo un migliore risultato, con un costo compreso tra i 30-40 euro a seconda della capacità della batteria, dandoci la possibilità di recuperarne un 50-70{2e3577d2bd6aebaa150c85c33fcd353783f1aa6c690283591e00ef60b3336fc8} e anche garantendoci tale risultato per un anno. Spesso, però, tali aziende richiedono che le batterie siano portate direttamente presso la loro sede, il che può non essere agevole. In ogni caso, se la batteria è stata troppo maltenuta o è davvero esausta, tale procedimento risulta del tutto inutile.

Batterie al gel

I criteri di manutenzione sono simili a quelli della batteria al piombo acido, tranne che per la verifica periodica del liquido interno. Una ricarica ogni uno/due mesi con un po’ di scarica periodica.

Batterie agm

Manutenzione dei collegamenti come per le altre batterie, ma le AGM non hanno praticamente bisogno di essere caricate più di 1-2 volte in tutto l’Inverno. L’importante è che vengano staccati i morsetti per evitare scariche dovute all’assorbimento di eventuali elettroniche collegate o per dispersioni. Particolarmente esenti da manutenzione e ricariche le Spiral Cell.

Batterie nautiche al litio

Sono prive di manutenzione, anche se è bene sempre pulirle e ricaricarle a fondo prima dell’invernaggio, poi scollegarle e ricaricarle almeno ogni due o tre mesi verificando che non si creino surriscaldamenti e che le tensioni in uscita siano regolari. Per i collegamenti elettrici vale quanto detto precedentemente. Poiché sono dotate di un’elettronica interna è bene tenerci vicino un deumidificatore a sali da svuotare periodicamente.