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Desolfatatore gigapulse per batteria piombo-acido o piombo-gel: verifiche di funzionamento

Circuito desolfatatore gigapulse: Dati rilevati strumentalmente

• Frequenza oscillatore 40106-1=2800Hz (sensibile alle variazioni di tensione di alimentazione.

• Frequenza oscillatore per prova batteria 40106-3=330Hz (abbastanza alta per fare si che la lampada per inerzia termica non possa variare la resistenza del filamento ma abbastanza bassa da minimizzare gli effetti induttivi del cavo di collegamento).

• Extra tensione a vuoto (senza la batteria collegata) uguale alla tensione di breakdown del transistor T1 (circa 100 V).
  Questo significa che impiegando un transistor con una tensione di breakdown maggiore o minore avremo una extratensione a vuoto di conseguenza.

Efficienza del circuito desolfatatore gigapulse: Verifiche sul campo

Abbiamo preso alcune delle batterie in nostro possesso, smontate da diversi gruppi di continuità.
Queste batterie sono state sostituite in quanto la verifica fatta con l'auto test del gruppo di continuità le classificava come non più efficienti.

Elenco delle operazioni svolte nell'ordine esatto in cui vanno svolte:

• Collegare la batteria al circuito desolfatatore (attenzione, rispettare le polarità, non alimentare mai il circuito con la batteria staccata).

• Collegare l'alimentazione del circuito.

• Verificare che l'interruttore S1 sia chiuso, che quindi la base di T1 sia a massa e all'uscita non ci siano i picchi di alta tensione.

• Chiudere l'interruttore S2 e collegando sulla batteria (non sul circuito ma proprio sui morsetti della batteria per escludere dalla misura eventuali picchi induttivi prodotti dal cavo) la sonda dell'oscilloscopio settato in CA misurare la tensione (picco a picco).

• A questo punto aprire S2 ed S1.
  Viene tolto il carico di misura e vengono dati gli impulsi di rigenerazione e carica della batteria.

• Dopo il tempo necessario a portare la batteria a 14,4Volt rieseguire la misura della resistenza interna della batteria.
  (E' indispensabile che la misura della resistenza interna venga fatta sempre quando la batteria è completamente carica, per avere un punto di riferimento preciso, in quanto detta resistenza varia di molto in funzione dello stato di carica, nello specifico aumenta progressivamente durante la scarica in funzione della profondità di quest'ultima)

• Se la resistenza interna non è diminuita scaricare la batteria con un carico resistivo (lampadina automobile) e ripetere l'operazione.

Caratteristiche della batteria ricavate dai datasheet del produttore: Marca=Fiamm Tensione=12V Capacità=18Ah Resistenza interna alla massima carica=9,8 milliΩ (sarà nostra premura misurare la prossima batteria nuova che compreremo per verificare tale valore su cui non vi è molta chiarezza nel materiale tecnico rilasciato dal costruttore) Peso=5850 grammi Caratteristiche della carica. Massima corrente di carica =1/10 della capacità della batteria Tensione minima di scarica=12Volt Tensione massima di carica =14,4Volt

Primo test eseguito per misura differenziale mantenendo inalterato il valore della resistenza di scarica (lampadina 12V 10W)

Pacco Batterie funzionanti ma scartate dal test del gruppo di continuità (il gruppo di continuità esegue un test periodico di efficienza delle batterie). Tensione sotto carico variabile misurata prima del trattamento di rigenerazione (vedi specifiche costruttive desolfatatore) = 15mV A rigenerazione effettuata la variazione di tensione ai capi della batteria dovrebbe ridursi in proporzione alla riduzione della resistenza interna.   Misura effettuata dopo il primo ciclo di rigenerazione. Comparazione fra la misura fatta dopo il primo ciclo di rigenerazione (a sinistra) e prima (a destra). Come potete vedere siamo passati da una caduta di tensione dovuta alla resistenza interna di 3 div. (15mV) a una caduta di tensione di 2,5 div. (12,5mV). La differenza è facilmente visibile ad occhio. Nelle prossime prove impiegheremo un carico con minor resistività in modo da avere una corrente maggiore, una maggior caduta dovuta alla resistenza interna e, di conseguenza, una maggior precisione nella misura. In ogni caso pare che il desolfatatore abbia funzionato.

Secondo test eseguito per misura della resistenza della batteria mantenendo inalterato il valore della resistenza di scarica Resistenza di carico a filo da 10 Ω 10 W - corrente attraverso il carico= 12/10=1,2 Ampere (con una tensione sulla resistenza di 12 Volt). La tensione sulla resistenza è uguale alla tensione della batteria meno 1 Volt che cade sul transistor di commutazione. Misura prima del trattamento. La scala verticale è 5mV/div., quindi la resistenza è (4.3x5x10-3)/1.2=0,0179 Ora avendo valori certi di resistenza di carico e corrente il calcolo della resistenza interna diviene banale. Come vedete con la resistenza al posto della lampadina lo scarso trigger del nostro oscilloscopio analogico funziona meglio, la forma d'onda è più stabile. Misura effettuata a fine carica. La scala verticale è 5mV/div., quindi la resistenza è (3.7x5x10-3)/1.2=0,0154 Differenza fra la misura a inizio e a fine desolfatazione.

Tentativo di rigenerazione di una batteria molto malandata

Ora proveremo la rigenerazione di una batteria veramente messa male, appena reperita per fare la prova.
E' stata smontata da un gruppo di continuità perché scartata all'auto test e rimasta in deposito per più di un anno.
Aveva una tensione a vuoto di 10.15 Volt (completamente scarica).

	Condizione iniziale della batteria: resistenza interna enorme!! Sotto il calcolo esatto della resistenza interna.
	Calcolo della resistenza interna eseguito con una calcolatrice scientifica HP. Come potete notare la resistenza interna è veramente alta. Abbiamo fra le mani la possibilità di testare il funzionamento su una batteria veramente messa male!
	Dopo 24 ore di carica e desolfatazione ecco il risultato. Questo risultato è durato meno di 10 minuti, trascorsi i quali la batteria, sotto scarica sul carico di prova è ritornata allo stato iniziale come si può vedere nell'immagine seguente.
	Come notate la resistenza della batteria dopo 24 ore di desolfatazione ancora non è scesa, anzi forse è aumentata un po'. La rimettiamo in carica e vediamo cosa succede. La cosa interessante è che interpretando la curva ottenuta si può notare che la curva si estende in verticale segno che quando il carico viene applicato la resistenza è inizialmente bassa, forse per un addensamento di cariche sulle superfici delle piastre. Poi molto velocemente la resistenza sale e si porta a valori molto alti, per una batteria di questo tipo. Quando vediamo una curva di questo tipo possiamo subito desumere che la batteria è in pessime condizioni.

Risultato finale, dopo 48 ore di carica la condizione della batteria sostanzialmente non cambia, quindi questa batteria non è recuperabile.
Questo si deduce dal fatto che la tensione sotto carica non arriva mai a 14,4 Volt, cosa che dovrebbe accadere anche con batteria solfatata, quindi la batteria ha probabilmente una cella in corto circuito.

Tentativo di rigenerazione di una batteria molto solfatata

Ora continuiamo l'esperimento col la batteria gemella di quella scartata, apparteneva allo stesso pacco batterie, quindi ha esattamente avuto la stessa vita e gli stessi cicli di scarica di quella precedente che abbiamo definitivamente scartato.

	Prima misura, fatta a batteria appena recuperata dal suo contenitore. Questa foto permette di vedere i settaggi dell'oscilloscopio.
	Prima misura, fatta a batteria appena recuperata dal suo contenitore. Ingrandimento del reticolo di misura. 50 mV per divisione. 3,4 div. Quindi una tensione picco a picco di 170 mV. Una resistenza interna di 0,154 Ω.
	Foto eseguita dopo 6 ore di carica della batteria eseguita con il desolfatatore.
	Ingrandimento del reticolo di misura dopo 6 ore di carica della batteria eseguita con il desolfatatore. 20 mV per divisione. 2,4 div. Una resistenza interna di 0,04Ω. Praticamente la resistenza interna si è già ridotta a 1/4 del valore iniziale.
	Ingrandimento del reticolo di misura dopo 24 ore di carica della batteria (con una scarica parziale eseguita con carico fittizio) eseguita con il desolfatatore. 20 mV per divisione. 1,8 div. Una resistenza interna di 0,03Ω. La resistenza interna si è già ridotta ulteriormente, rimanendo tuttavia molto superiore a quella di una batteria nuova. Tempo permettendo faremo altri cicli di carica/scarica per vedere cosa succede insistendo nell'operazione.

Conclusioni e considerazioni finali sulla capacità del desolfatatore di eseguire il lavoro per cui è stato progettato

A occhio direi che funziona.
Le batterie che abbiamo trattato erano ben assortite, da quelle poco solfatate a quelle da buttare.
Dopo il trattamento e una ricarica a fondo le batterie hanno passato il test del gruppo di continuità.
Il trattamento è durato un paio di giorni a batteria ripetendo il ciclo descritto sopra.
Certo, se si hanno molte batterie ci vuole un sacco di tempo.
Ma meglio che comprarle nuove!

A sinistra i pacchi di batterie utilizzati per testare il desolfatatore. Ogni pacco è composto da due batterie distinte da 12 V 18 Ah collegate in serie per ottenere un pacco da 24 V. Come potete vedere dalla prima batteria a sinistra si tratta di pacchi batterie testati e certificati APC per gruppi di continuità (3Kva). Lo stato di usura è il più vario possibile, si va dalla batteria completamente da buttare alla nuova passando per tutti gli stadi intermedi. Per un totale di 12 batterie. I bigliettini verdi riportano la differenza tensione sotto carico, quindi la resistenza interna. Questo per darvi un'idea della cura che abbiamo avuto nel collaudo del desolfatatore.

Cose da non fare mai con questo circuito

Non invertite mai le polarità della batteria.
Si brucerà il diodo D3.
Non avviare il circuito se prima non avete collegato la batteria.
L'extratensione della bobina si scarica sul transistor finale mettendolo in breve tempo fuori uso.

La perfezione non esiste.
In questo caso vi è poi una notevole variabilità cercando di ripristinare batterie di marche e tipologie diverse.
Tutte le modifiche e migliorie verranno implementate in una successiva release del circuito del desolfatatore, una volta appurato che questi funziona regolarmente.

Considerazioni sulla resistenza interna e sulla sua misura nelle batterie piombo (acido e gel)

La resistenza interna della batteria è influenzata principalmente da due parametri:

• Stato della carica e, quindi quantità di acido solforico presente nell'elettrolita (non dimentichiamo che la massima concentrazione di acido solforico nell'elettrolita vi è a fine carica e che l'acido solforico rende l'elettrolita più conduttivo, quindi abbassa la resistenza interna)

• Superficie delle lastre di piombo che partecipano alla reazione

In fase di misura occorre attendere che la tensione ai capi della batteria abbia raggiunto un valore specifico, che potrebbe essere quello di fine carica dipendente dal tipo di batteria per effettuare la misura con una metodica ripetibile.
Occorre anche prestare attenzione alla temperatura ambiente, anche questo parametro ha la sua importanza.

Nel primo caso il grado maggiore o minore di solfatazione interviene sulla quantità di acido libero nell'elettrolita che è minore nel caso di una batteria solfatata (perché" l'acido solforico è legato con il piombo).
Nel secondo caso si tratta di un dato che anche in questo caso viene alterato dalla solfatazione che riduce la superficie utile delle lastre di piombo.
Quindi la solfatazione concorre con due meccanismi diversi nell'aumento della resistenza interna.

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