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Batterie al NiCd e NiMH

  • 20 Nov 2003
Le differenze e il comportamento delle Batterie al NiCd e NiMH.

 

Batterie NiCd e NiMH

Nickel Cadmio (NiCd) ” Ben conosciute e robuste, hanno una densità  di energia piuttosto bassa. Hanno una vita lunga in termini di cicli carica/scarica. Soffrono l'effetto chiamato memoria , che consiste nel ricordare quanta energia si chiede alla batteria e riduce la propria capacità  durante il suo utilizzo. Per evitare questo effetto le NiCd vanno periodicamente scaricate.

Le NiCd hanno un tempo di carica che può essere anche molto basso, visto che possono essere caricate con correnti piuttosto alte, forniscono la più alta corrente di scarica ed hanno un costo per ciclo inferiore, ma richiedono maggiore manutenzione (devono essere periodicamente scaricate). Nota: Le NiCd sono costruite con metalli tossici e sono per cui altamente inquinanti, evitare di gettarle sconsideratamente nel cestino dei rifiuti quando sono morte .

Nickel-Metal Idrato (NiMH) ” Hanno un' alta densità  di energia in rapporto alle NiCd e soffrono molto meno dell'effetto memoria . Il fatto che abbiano un' alta densità  d' energia, sono molto indicate nel modellismo perché a parità  di energia richiesta, pesano meno e sono meno ingombranti. Il costo è più elevato delle NiCd, ma non di molto. Per contro hanno una vita più limitata in termini di cicli di carica/scarica e richiedono un procedimento di carica più sofisticato.

l' autoscarica  è un fenomeno naturale presente in qualsiasi tipo di batteria. Non è dovuto a difetti di fabbricazione, e si presenta in modo più o meno accentuato a seconda dell'anzianità  delle batterie e della temperatura: con l'aumentare della temperatura l'autoscarica aumenta. Sia le NiMH che le NiCd hanno una proprietà  di autoscarica piuttosto elevate. Le NiCd perdono circa il 10 % della loro capacità  entro le 24 ore dopodiché l'autoscarica si attesta intorno al 10-20% / mese: le NiMH hanno un' autoscarica 1.5 volte quella delle NiCd.

Nota: La densità  di energia si esprime in Wh/Kg e da un' indicazione della capacità  di carica in funzione del peso. Più è alto il valore più le batterie pesano meno a parità  di capacità .

 

 

NiCd

NiMh

Densità  di Energia (Wh/Kg)

45-80

60-120

Longevità  (Numero di cicli)

1500

Da 300 a 500

Tempo per carica rapida 

1 ora (tipica)

2 à· 4 ore

Tolleranza alla sovraccarica

Moderata

Bassa

Autoscarica / mese

20 %

30 %

Corrente del carico:

Di picco:

Suggerito:

 

20 x Capacità 

≤ 1 x Capacità 

 

5 x Capacità 

≤ 0.5 x Capacità 

Temperatura di funzionamento

- 40°C à· +60°C

- 20°C à· +60°C

Costo / ciclo €

0.04

0.12

 

Batterie al Nickel Cadmio (NiCd)

Vantaggi

Carica semplice e veloce, anche dopo una conservazione prolungata.

Elevato numero di cicli di carica/scarica (se periodicamente scaricate con manutenzione ): il numero dei cicli possono essere oltre 1000.

Tollerano correnti di scarica elevate

Possibilità  di carica e funzionamento garantito anche a basse temperature (fino a 40°C), ricordatevelo se andate a correre il trofeo pinguino d' oro  in Alaska :-)  

Elevata possibilità  di conservazione (possono essere conservate per lungo tempo senza rovinarsi anche in condizione scariche ).

Buona tolleranza alle cariche selvagge  - Le NiCd sono forse la categoria di batterie ricaricabili più robuste.

Economiche Le NiCd hanno un basso costo per ciclo

 

Limitazioni e svantaggi

Relativamente bassa densità  di energia

Effetto memoria  Le NiCd devono essere periodicamente scaricare per prevenire l'effetto memoria 

Inquinanti : Le NiCd contengono metalli tossici

Hanno una autoscarica  che non consente di conservarle cariche per lungo tempo

 

Batterie al Nickel Metal Idrato (NiMH)

Vantaggi

Dal 30 al 40 % superiori in termini di densità  d' energia: pesano meno delle NiCd a parità  di capacità . Hanno energia leggera e quindi il modello pesa meno.

Effetto memoria quasi inesistente: richiedono cicli di scarica completa meno frequentemente.

Sono poco inquinanti: contengono sostanze poco tossiche e sono quindi meno dannose per l'ambiente.

 

Limitazioni e svantaggi

Vita limitata specie se trattate male , le prestazioni cominciano a degradare dopo 200 à· 300 cicli. E' preferibile non sfruttare mai la loro capacità  massima se gli si vuole allungare la vita.

Non tollera le elevate correnti di scarica. Anche se le NiMH sono in grado di fornire elevate correnti di scarica, l'utilizzo ripetuto in queste condizioni riduce la vita in termine di cicli. Le correnti di scarica ottimali sono da 0.2 a 0.5 x C (da 1/5 ad ½ della capacità  nominale): quindi se abbiamo delle 1000 mAH verifichiamo che l'assorbimento massimo dei servi e radio non raggiunga i 500 mA.

Tipologia di carica più complicata rispetto alle NiCd. Le NiMH, durante la carica generano maggior quantità  di calore ed il tempo di carica è tipicamente più lungo delle NiCd. La carica deve essere controllata accuratamente e richiede caricatori più complicati delle NiCd.

Elevata autoscarica, hanno circa il 50% di maggiore autoscarica rispetto alle NiCd. Non pensiamo di conservarle cariche a lungo

Maggiore criticità  di conservazione. Le NiMh dovrebbero non essere conservate in luoghi con temperature elevate. Conservarle in luogo fresco con uno stato di carica residua.

Anche se l'effetto memoria è minore delle NiCd, saltuariamente vanno comunque mantenute con cicli di scarica.

Le NiMH sono più costose delle NiCd.

 

CARICA DELLE BATTERIE: In generale le batterie NiCd e NiMH, possono essere associate a dei contenitori che vanno riempiti di energia, e questi poi sono in grado di restituirla quando richiesta. Il rapporto fra l'energia restituita dalle batterie e l'energia con cui devono venire caricate viene detto rendimento di carica . In pratica se il rendimento di carica fosse il 100% avremmo l'energia di carica uguale a quella restituita dalle batterie. Purtroppo il rendimento di carica non è mai il 100% e comunque varia in funzione del valore della corrente di carica (vedremo più avanti come). I costruttori di batterie raccomandano di caricare inizialmente le batterie con una corrente limitata prima del loro uso, questo consente di portare il livello di carica degli elementi di ogni pacco allo stesso livello. Durante l'immagazzinamento delle batterie, l'elettrolita in esso contenuto tende a depositarsi all'interno dell'elemento, ed occorre quindi ridistribuire l'elettrolita con questo processo di carica lenta iniziale. Alcuni carica batterie intelligenti  hanno infatti il processo di carica diviso in tre fasi: fase con bassa corrente ad impulsi, fase con corrente di carica a regime costante, fase di bassa corrente di mantenimento.

In commercio esistono diversi tipi di caricabatteria: alcuni possono essere utilizzati solo per le batterie al NiCd ed altri sia per le NiMH che per le NiCd. La regola dice che un caricabatteria che va bene per le NiMH va sicuramente bene anche per le NiMH ma non è detto che lo sia viceversa. In ogni caso per poter caricare correttamente le batterie al NiMH deve essere usato un caricabatteria che lo consente. Il motivo di questo, è che le NiMH sono più delicate ed è necessario l'interruzione della carica quando hanno immagazzinato la massima energia che esse possono contenere. Sia le NiCd che le NiMH quando hanno raggiunto la massima carica iniziano a scaldare, ma la temperatura nelle NiMH sale molto più rapidamente delle NiCd e quindi sono più soggette a deteriorarsi: le alte temperature sono poco tollerate dalle batterie. l'andamento della tensione ai capi della batteria durante il processo di carica può essere vista nella figura 1 : la tensione sale fino a che la batteria non ha raggiunto la massima carica, dopodiché incomincia a scendere.

 

fig.1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figura 1

Questo cambiamento di tendenza denominato Delta-Peak  o NDV (Negative Delta Voltage) può essere rilevato dai caricabatteria intelligenti  che provvedono a staccare o ridurre la corrente di carica portandola alla corrente di mantenimento come si può vedere in figura 2 dove viene evidenziato un dettaglio dell'andamento della tensione nella fase NDV.  

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