Alternatore del motore e carica delle batterie di servizio

Bisogna partire dal presupposto che l’alternatore del nostro motore nella maggior parte dei casi è di derivazione automobilistica, ed è stato concepito in questo caso per alimentare alcuni carichi di servizio durante il suo funzionamento e per mantenere lo stato di carica completa della batteria di avviamento del motore, che per le sue caratteristiche di utilizzo risulta però sempre sostanzialmente carica.

In barca, sul camper o su mezzi mobili in generale l’alternatore deve però essere in grado di caricare anche le batterie del banco servizi, anzi l’utente si aspetta che questo processo sia affidabile ed efficiente.

E invece accade il contrario: ricaricare completamente le batterie richiede molto tempo e spesso non si arriva al 100%.

Vediamo di capirne il perché.

Le batterie dei servizi devono erogare correnti relativamente basse per lungo tempo e raggiungono un certo grado di scarica prima di essere ricaricate, esattamente il contrario di quanto accade per la batteria di avviamento. Questo vale in generale ma bisogna tenere conto che su barche con utenze importanti dal punto di vista energetico, come Bow-Thruster, Lifting-Keel, ma anche Phon, Aspirapolvere, Microwave ecc, le batterie di servizio devono erogare correnti piuttosto elevante anche se per tempi non elevati.

Le Batterie subiscono in ogni caso dei cicli di carica e scarica alternati.

L’alternatore deve quindi provvedere a rifornirle di molta energia durante la ricarica e questo dovrebbe avvenire secondo una curva di carica ideale necessaria per il suo completamento.

Per le batterie al Piombo che usiamo nella maggior parte dei casi, tipicamente AGM e GEL, la CURVA IDEALE di carica DOVREBBE AVERE sostanzialmente un andamento di questo tipo:

Nell’asse orizzontale il tempo, ed in quello verticale i valori della tensione (curva rossa) e della corrente (curva Blu).

La curva caratteristica delle batterie al Litio, in particolare le LiFePO4 di recente diffusione, presenta differenze importanti rispetto a quella indicata e sarà oggetto di un articolo dedicato.

Tornando invece alle nostre comuni e utilizzatissime batterie al Pb, si notano nel ciclo di carica tre fasi distinte: una iniziale detta BULK, in cui viene erogata la corrente massima e la tensione sale fino ad un valore massimo di circa 14,5 V, una seconda di carica vera e proprio detta ABSORPTION in cui la tensione rimane costante e la corrente diminuisce al crescere della carica assorbita e FLOAT, a ricarica ormai completata, in cui la tensione si abbassa ad un valore di circa 13,8 V e la corrente è molto bassa, perché serve a mantenere la carica allo stato raggiunto.

Invece l’alternatore del motore, che ha un regolatore di carica piuttosto semplice, eroga una tensione costante ed un corrente che è funzione in parte del suo numero di giri, che ricordo, è normalmente il doppio degli rpm del motore. Molto spesso il cablaggio tra l’alternatore e le batterie dei servizi, che passa magari attraverso un ripartitore di carica a diodi, comporta anche una caduta di Tensione che peggiora di molto la capacità di ricarica soprattutto nelle fasi di completamento.

Capite bene, quindi, che l’alternatore, proprio per le sue caratteristiche, non è in grado effettuare la ricarica delle batterie di servizio in maniera efficiente.

Il risultato è che anche diverse ore di funzionamento continuativo del motore le batterie possono non essersi ricaricate al 100%, ovvero il ciclo di carica secondo la curva carateristica può non essersi completato.

E per le batterie al Pb la ricarica incompleta è una delle cause principali di accorciamento della loro vita utile, ovvero del numero di cicli di carica e scarica che possono garantire nel tempo.

Quindi come possiamo ovviare a tutto ciò?

Come possiamo generare, a pari alternatore del motore, un processo di ricarica efficiente che rispecchi l’esigenza delle batterie dei servizi?

Una valida soluzione: adottare un dispositivo caricabatterie 12V/12V che si interpone tra l’alternatore e le batterie. Si tratta di un dispositivo in grado di adattare tensione e corrente in entrata dall’alternatore a valori di tensione e corrente in uscita verso le batterie che riproducono perfettamente la curva di carica ottimale descritta precedentemente.

In funzione della capacità del banco e dell'alternatore si possono adottare più dispositivi da collegare in parallelo.

VICTRON ENERGY ha sviluppato questo concetto e ha realizzato un dispositivo molto valido e versatile.

Riportiamo qui la descrizione generale del Converter DC-DC Orion Tr Smart 12/12-30.

Caricabatterie in corrente continua 12-12 V, in grado di erogare fino a 30 A, con curva di carica programmabile e utilizzabile anche come alimentatore. Disponibile nelle versioni Isolato e Non Isolato.

La curva di carica adattiva a 3 fasi consente di modulare la durata della seconda fase di carica in funzione della profondità di scarica della batteria per evitare eccessive sollecitazioni nel caso di basse scariche e una carica profonda nel caso di scariche superiori.

Adatto alla carica di batterie Pb e LiFePO4.

Compatibile con Alternatori Smart con meccanismo di rilevamento del funzionamento motore.

Il Bluetooth integrato consente di utilizzare qualsiasi smartphone, tablet o altro dispositivo abilitato con Bluetooth per monitorare, cambiare le impostazioni o aggiornare l'apparato. E' possibile l'accesso al menu di configurazione utilizzando il Software Victron Connect con la possibilità di personalizzare diversi parametri di funzionamento. Disponibile anche un contatto per collegamento di un interruttore di accensione/spegnimento remoto.
Di seguito gli schemi esemplificativi dei caricabatterie DC-DC galvanicamente non-isolato e isolato.