La tensione di una batteria al litio è uno dei primi valori che si osservano quando si vuole capire se una batteria è carica, scarica o sta funzionando correttamente. Tuttavia, leggere un determinato numero di Volt non è sufficiente, da solo, per stabilire con precisione quanta energia rimane disponibile.
La tensione varia infatti in base alla chimica delle celle, allo stato di carica, alla presenza di un carico, alla temperatura e al momento in cui viene effettuata la misurazione.
Per questo motivo è importante distinguere tra tensione nominale, tensione a piena carica e tensione minima di utilizzo, evitando di interpretare ogni valore come una percentuale precisa di autonomia.
Tensione batteria al litio: cosa indica realmente
La tensione, espressa in Volt, rappresenta la differenza di potenziale elettrico disponibile ai terminali della batteria.
Ogni batteria viene identificata attraverso una tensione nominale, cioè un valore utilizzato per classificare il sistema.
Quando parliamo, per esempio, di una batteria 12V al litio, non significa necessariamente che ai terminali misureremo sempre esattamente 12,0 Volt.
Durante il normale funzionamento la tensione può essere superiore o inferiore al valore nominale.
Questo dipende soprattutto dalla chimica utilizzata e dal numero di celle collegate all’interno del pacco.
È quindi normale che una batteria completamente carica presenti una tensione diversa da quella indicata nel nome commerciale del sistema.
La tensione nominale serve soprattutto a identificare la classe dell’impianto.
Un sistema definito 12V deve essere compatibile con dispositivi, caricabatterie e utenze progettati per quella specifica architettura.
La tensione reale, invece, cambia durante il ciclo di utilizzo.
In linea generale possiamo distinguere tre condizioni:
- tensione a batteria carica;
- tensione durante il normale utilizzo;
- tensione prossima al limite minimo di scarica.
I valori precisi dipendono dalla chimica e dalle specifiche del produttore.
Per questo non è corretto utilizzare una singola tabella universale per tutte le batterie al litio. Le caratteristiche di una batteria LiFePO4, per esempio, non coincidono necessariamente con quelle di altre chimiche agli ioni di litio.
Per una panoramica delle principali caratteristiche è utile partire dalla guida dedicata alle batterie al litio e al loro funzionamento.
Solo in modo approssimativo.
Nelle batterie tradizionali al piombo la tensione può offrire indicazioni relativamente intuitive sullo stato di carica, soprattutto quando la batteria è a riposo.
Con alcune batterie al litio, e in particolare con le LiFePO4, la curva di scarica è invece molto piatta.
Questo significa che la tensione può cambiare relativamente poco per una parte significativa della capacità disponibile.
Una batteria può quindi passare da uno stato di carica elevato a uno intermedio mostrando variazioni di tensione abbastanza contenute.
Per questo motivo nei sistemi più evoluti lo stato di carica viene stimato dal BMS o da dispositivi di monitoraggio che tengono conto anche della corrente entrata e uscita dalla batteria.
Il SoC, o State of Charge, indica lo stato di carica della batteria.
Un SoC del 100% indica una batteria completamente carica secondo i parametri previsti dal sistema, mentre un SoC del 20% indica che rimane circa un quinto della capacità utilizzabile.
La tensione contribuisce alla stima del SoC, ma non è necessariamente sufficiente.
Il sistema può considerare anche:
- corrente assorbita;
- corrente di ricarica;
- capacità nominale;
- temperatura;
- comportamento storico della batteria;
- algoritmi del BMS.
Questo è uno dei motivi per cui un indicatore percentuale ben calibrato può essere più utile del semplice voltmetro.
Il SoC è inoltre strettamente legato alla profondità di scarica. Nell’approfondimento dedicato alla profondità di scarica delle batterie al litio abbiamo spiegato come DoD e stato di carica descrivano la stessa situazione da due punti di vista differenti.
Un altro fenomeno normale è la riduzione della tensione quando la batteria alimenta un’utenza.
Se misuriamo la tensione a batteria ferma e successivamente accendiamo un inverter, un motore o un’altra apparecchiatura ad alto assorbimento, possiamo osservare una diminuzione del valore.
Questa caduta dipende dalla corrente richiesta e dalla resistenza interna della batteria e dei collegamenti.
Quando il carico viene rimosso, la tensione può risalire.
Per questo una misurazione effettuata mentre la batteria sta erogando molta corrente non deve essere confrontata direttamente con una misurazione eseguita a riposo.
Anche cavi sottodimensionati, connessioni non corrette o terminali con resistenza elevata possono accentuare la caduta di tensione.
Le batterie al litio sono normalmente dotate di un BMS che controlla la tensione delle celle.
Quando una cella raggiunge il limite minimo previsto, il sistema può interrompere l’erogazione per evitare una scarica eccessiva.
La batteria può quindi sembrare improvvisamente “spenta”, anche se al suo interno è ancora presente una piccola quantità di energia.
Questa riserva non deve essere considerata capacità utilizzabile: serve a proteggere le celle.
Lasciare una batteria in uno stato di forte scarica per periodi prolungati è inoltre una condizione da evitare.
Se il BMS ha disattivato l’uscita e la batteria non riprende normalmente la carica, può essere utile consultare la guida dedicata a cosa controllare quando una batteria al litio non si carica.
Durante la ricarica accade il fenomeno opposto: la tensione aumenta progressivamente.
Il caricabatterie porta la batteria verso il livello previsto dalla specifica chimica e dal sistema di gestione.
Anche in questo caso non bisogna interpretare automaticamente una tensione elevata come indice di una batteria perfettamente carica.
Subito dopo la ricarica, infatti, il valore misurato può essere differente rispetto a quello osservato dopo un periodo di riposo.
Per confrontare misurazioni effettuate in momenti diversi è quindi utile mantenere condizioni simili.
Quando si controlla una batteria al litio è utile considerare contemporaneamente:
- tensione nominale;
- tensione rilevata;
- presenza o meno di un carico;
- stato di carica indicato dal BMS;
- corrente assorbita;
- temperatura;
- specifiche del produttore.
Un singolo valore di tensione fuori contesto può essere facilmente interpretato in modo errato.
È molto più significativo osservare come la batteria si comporta durante il ciclo completo di utilizzo.
Se, per esempio, la tensione scende rapidamente appena viene collegato un carico moderato oppure il BMS interrompe frequentemente l’erogazione, può essere necessario approfondire lo stato dell’accumulatore o il dimensionamento dell’impianto.
La tensione della batteria al litio è quindi un parametro fondamentale, ma non deve essere utilizzata da sola per valutare autonomia e condizioni della batteria.
Per interpretarla correttamente bisogna conoscere la chimica dell’accumulatore, lo stato di carica, la corrente richiesta e le condizioni in cui viene effettuata la misurazione.
In un sistema correttamente progettato, tensione, capacità, BMS e utenze lavorano insieme.
Capire questa relazione permette di leggere meglio i dati disponibili, individuare più facilmente eventuali anomalie e soprattutto evitare di considerare normale o problematica una tensione semplicemente sulla base di un valore isolato.
