Le pile

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Le mini 4WD utilizzano come fonte d'alimentazione due pile (o celle) stilo (AA) che hanno una tensione nominale di 1.2/1.5 Volt ciascuna. L'erogazione di energia da parte di una pila avviene attraverso una reazione chimica al suo interno, dunque una pila è un dispositivo che converte energia chimica in energia elettrica. Una pila si scarica quando queste reazioni chimiche raggiungono lo stato di equilibrio.

È possibile distinguere due gruppi di pile a seconda della reversibilità della reazione chimica che avviene al loro interno:

  • Le pile primarie: sono quelle pile le cui reazioni chimiche interne sono irreversibili. In altre parole, non è possibile invertire la reazione chimica in modo semplice. Tra le pile primarie abbiamo:
  • Le pile secondarie (ricaricabili): sono quelle pile le cui reazioni chimiche interne sono reversibili. A differenza delle pile primarie, fornendo energia elettrica a questi dispositivi, si inverte il senso della reazione chimica, ottenendo la riformazione dei reagenti iniziali a spese dei prodotti finali. Di fatto, quindi, la pila si ricarica. Tra esse abbiamo:

È conveniente impiegare nelle gare di mini 4WD le batterie ricaricabili al posto delle pile primarie in quanto vi è un vantaggio economico non indifferente.

I parametri fondamentali di una pila

In generale le pile sono caratterizzate da 3 parametri fondamentali:

  • Tensione (V), si misura in Volt;
  • Capacità (C), si misura in mA/h;
  • Resistenza interna (Ri), si misura in mOhm;

La caratteristica principale per una coppia di batterie da utilizzare con una mini 4WD è la tensione (o voltaggio) durante il loro utilizzo. Difatti durante una gara ci si aspetta di far andare il motore sempre al massimo e questo richiede che il voltaggio fornito dalle batterie durante una gara sia il più alto possibile. La tensione di una pila non è un parametro costante, difatti diminuisce progressivamente durante una corsa. E' importante notare che a seconda della richiesta di corrente da parte di un motore la tensione diminuisce in modo differente.

La tensione in scarica delle pile primarie è generalmente meno costante rispetto a quella delle pile secondarie, e dunque da questo punto di vista le pile primarie non permettono di mantenere per molto tempo delle prestazioni ottimali.

Tra le pile secondarie si ha una tensione di scarica migliore, a parità di capacità, con le Ni-MH LSD, mentre la tensione di scarica peggiore è data dalle Ni-MH.

La stabilità di tensione delle pile ricaricabili diminuisce con il passare del tempo: più una pila è vecchia e più la tensione erogata non sarà stabile.

La capacità totale della batteria (cioè la quantità di energia contenuta al suo interno) non è un parametro fondamentale nelle corse di mini 4WD perchè durante una gara non si arriverà mai a dover usare tutta la capacità di una pila in gara.

La capacità totale di una pila dipende soprattutto dalla densità di carica dei materiali con cui è costituita la cella.

La resistenza interna influisce sul voltaggio in scarica della batteria: minore sarà la Ri, minore sarà la diminuzione di tensione durante la scarica.

La resistenza interna di una batteria non è una costante, ma può dipendere:

  • dalla temperatura esterna;
  • dalla corrente richiesta;
  • da come viene caricata la pila.

Inoltre la resistenza interna aumenta man mano che la batteria si scarica e, scarica dopo scarica, aumenta con l'età della batteria. Questo fenomeno è più evidente nelle Ni-MH rispetto alle Ni-MH LSD.

Le pile primarie hanno un'elevata resistenza interna.

Le Ni-MH LSD hanno una resistenza interna minore rispetto alle Ni-MH.

Ciascun motore per mini 4WD ha una richiesta di corrente (mA) differente, inoltre un motore può richiedere più o meno corrente a seconda dello sforzo che sta compiendo per fare correre una mini 4WD. In genere si ha un intervallo di valori a seconda dello sforzo che sta compiendo l'auto: maggiore è lo sforzo e maggiore sarà la richiesta di corrente.

Quando la richiesta di corrente da parte del motore di una mini 4WD risulta troppo elevata rispetto alla resistenza interna della coppia di pile, avviene la cosiddetta caduta di tensione: le pile sembrano essersi scaricate, sebbene in realtà posseggano ancora energia al loro interno.

L'unico modo per identificare una o più pile che hanno prestazioni migliori rispetto ad altre è quello di analizzare la loro tensione durante il loro utilizzo, in altre parole bisogna studiare la loro curva di scarica a una determinata richiesta di corrente, caricandole tutte nello stesso modo.

Per studiare la curva di scarica di una o più celle e per ottenere le massime prestazioni dalle pile secondarie è necessario impiegare un caricabatterie per modellismo.

L'autoscarica

L'autoscarica è un fenomeno naturale presente in qualsiasi tipo di batteria. La velocità di questo processo è molto variabile ed è legata al tipo di batteria e alla temperatura esterna: maggiore è la temperatura e maggiore sarà l'autoscarica.

Le batterie ricaricabili Ni-MH canoniche sono caratterizzate da un'elevata autoscarica. Ciò significa che una volta caricate perdono capacità (e tensione) molto rapidamente. L'ideale utilizzo di queste celle consiste nel montarle sulla macchina subito dopo la loro carica, quando queste sono ancora calde e possono esprimere al massimo il loro potenziale.


Le Ni-MH hanno un’autoscarica 1,5 volte superiore a quella delle Ni-MH LSD, ciò significa che la loro carica diminuisce del 15-25% al mese.

Le Ni-MH LSD, se conservate a una temperatura di 20°C, perdono il 10% della loro capacità nei primi 6 mesi, con una diminuzione massima del 20% di capacità dopo due anni.

Manutenzione delle pile secondarie

Quando più pile vengono raggruppate per creare una fonte di alimentazione si parla in gergo di pacco batteria, pacco o batteria. Nel caso delle mini 4WD si potrebbe parlare di pacco batteria formato da due elementi.

Carica lenta e carica veloce

Le pile secondarie possono essere ricaricate lentamente o velocemente.

La carica lenta è tale quando avviene a 1/10C o a 2/10C e può essere effettuata secondo questa equazione:

   Tempo di ricarica in ore = (mA della batteria / mA forniti dal caricabatt.) * 1.4

Dunque una pila completamente scarica da 1000mA/h, se caricata a 100mA, impiegherà 14 ore per caricarsi completamente. Il termine 1.4 tiene conto delle dispersioni di energia durante la carica.

La carica veloce è un processo più complicato che viene effettuato tramite caricabatterie specifici detti anche a Delta Peak.

Il Delta Peak è un valore che il caricabatterie usa per riconoscere quando la pila è carica, in modo da arrestare il processo di carica. Questo valore non è sempre lo stesso sulla medesima pila: essa infatti subisce un'alterazione delle proprie caratteristiche con il passare del tempo. Il Delta Peak va trovato sperimentalmente, difatti se viene impostato troppo basso c’è il rischio che la pila non si carichi completamente, mentre se viene settato troppo alto si rischia di sovraccaricare la pila. Il caricabatterie di solito fornisce un valore di default che può essere modificato in base alle proprie esigenze.

La carica veloce può essere utilizzata nella maggior parte dei casi, a patto che le pile siano progettate per questo scopo.

Ciclaggio, accoppiamento e bilanciamento

Di solito, per risparmiare tempo, si effettua la ricarica di un intero pacco batteria piuttosto che di singoli elementi. Tuttavia è bene tenere presente che le caratteristiche di un pacco sono date dal suo elemento più debole, per questo motivo esistono dei processi che permettono di "portare allo stesso livello" di efficienza le pile di un pacco: il bilanciamento di un pacco, l' accoppiamento e il ciclaggio delle pile.

E' buona norma effettuare il cosiddetto ciclaggio delle pile. Questo processo consiste nell'eseguire una serie di cicli carica/scarica in modo da tenere le pile in perfetta efficienza.

Il bilanciamento del pacco consiste nel portare tutte le pile che lo compongono ad una stessa tensione, in modo da ottenere la massima omogeneità di prestazioni. In questo contesto, attraverso il caricatore, è possibile studiare la curva di scarica di una pila. Pile che hanno una curva di scarica simile dovranno essere messe insieme, in modo che il pacco risultante abbia prestazioni costanti e non troppo variabili durante la sua scarica. Questo processo è detto accoppiamento delle pile.

Per approfondimenti sugli argomenti sin'ora trattati si rimanda ai seguenti articoli:

Trattamento delle pile

Test

Test Pile e Motori