Batterie: croce e delizia dei nostri giorni. Dovunque abbiamo batterie da ricaricare. Fortunatamente il rapporto tra volumi e densità di energia migliora sempre più col tempo.

Nel nostro settore è normale trovare batterie al NiCd e NiMH. Le batterie agli ioni litio iniziano a fare la loro timida comparsa, fra pareri talvolta contrastanti. Non entrerò nel merito dei giudizi fra un tipo e l'altro delle batterie; certo è che sul mercato surplus con pochissimi euro è possibile comprare una decina di batterie NiMH da 1200mAh perfettamente funzionanti!

In questa pagina mi limiterò a proporre un semplicissimo circuito di ricarica da me utilizzato da diversi anni, allegando un po' di documentazione tecnica, al fine di comprendere meglio cosa sta dietro al guscio di un circuito integrato. Proporrò anche un semplicissimo foglio Excel che consente di determinare le correnti di ricarica al variare del tempo.

Il circuito di ricarica che vi propongo è basato sull'integrato LM317. Non allego la documentazione completa in quanto occuperebbe diverse pagine, ma rimando al sito della National per ogni approfondimento. Chi fosse interessato al datasheet può richiedermelo per e-mail.

L'integrato LM317 è un regolatore a tre terminali prodotto dalla National Semiconductor in grado di fornire una corrente fino a 1.5A nel range da 1.2V a 37V con elevata stabilità ...   Potete quindi immaginare quale sia la sua versatilità.

E' disponibile in una marea di package, per potersi adattare a svariate applicazioni circuitali. Per l'applicazione che stiamo descrivendo, viste le correnti in gioco (tipicamente non superiori ad un paio di centinaia di mA) il package TO220 con un buon dissipatore è più che sufficiente!

RICAPITOLANDO ...

Come abbiamo già accennato, all'interno del nostro LM317 è presente un generatore di tensione di riferimento da 1.25V che può essere agevolmente utilizzato per la generazione di una corrente costante.

Come visto in uno degli schemi proposti, la corrente di uscita può agevolmente essere calcolata con la formula:

Con R1 che può avere valori compresi fra 0.8 e 120 Ohm. Nella formula proposta, come ovvio, la tensione è espressa in Volt, la corrente in Ampere e la resistenza in Ohm. Attenzione quindi ai calcoli con i milliAmpere (mA) che potrebbero generare qualche piccola confusione.

A tale proposito ricordo che 1000 mA sono pari a 1A, e che 0.01A corrispondono a 10 mA ... Non si sa mai!

Per i pigri propongo anche la seguente formula, che calcola già la corrente in milliAmpere, ferme restando la tensione in Volt e la resistenza in Ohm:

REALIZZAZIONE PRATICA

C'è veramente poco da dire, se non qualche piccolo consiglio, portato dall'esperienza di chi ha già annusato l'odore del silicio bruciato alcune volte ... HI!

Alimentazione: prendete semplicemente un trasformatore, un ponte di Graetz (raddrizzatore a doppia semionda), magari con un condensatore ceramico da circa 10 pF in parallelo ad ogni diodo, ed un condensatore da circa 1000 microF per filtrare la tensione. Il raddrizzatore a doppia semionda potrà essere realizzato con diodi 1N4007 o con un ponte monolitico da 1 Ampere. La tensione continua che otterrete dovrà esser di circa 5 Volt maggiore della massima tensione del pacco pile che andrete a ricaricare: in altre parole per ricaricare un pacco pile da 12V, dovrete avere a disposizione una tensione continua di alimentazione pari a circa 17 Volt (Tutte le specifiche sono date con Vin-Vout=5V @ Iout=10ma).

Calcolate quindi la resistenza R1 in funzione della corrente che vi necessita, assemblate il tutto ed il gioco è fatto.  Nessuno vi vieta di realizzare un caricatore con più valori di corrente, semplicemente collegando varie resistenze ad un commutatore rotativo, per esempio.

Occorre solo fare attenzione al discorso relativo alle dissipazioni di corrente sia della resistenza, sia dell'integrato LM317.

Dissipazione della resistenza: sulla resistenza R1 cade una tensione di 1.25 V (Esattamente la Vref) e scorre la corrente che abbiamo impostato come uscita. Nell'esempio proposto dal datasheet abbiamo 50 mA in uscita che porta ad una dissipazione di corrente su R1 pari a  1.25X0.05 Watt, ovvero circa 0,0625 W. In questo caso una resistenza da 0.5Watt sarà più che sufficiente. Attenzione che superando i 150-200mA di corrente  occorre aumentare la potenza della resistenza!

Dissipazione dell'integrato: qui il discorso è leggermente più complesso, in quanto dobbiamo valutare la caduta di tensione ai capi del regolatore LM317 e moltiplicarla per la corrente che lo attraversa, ovvero la corrente costante di ricarica delle batterie. Per calcolare la caduta di tensione ai capi del regolatore, dovrete misurare la tensione continua al suo ingresso, e sottrarre la tensione del pacco batterie che state ricaricando. Poiché l'appetito vien mangiando, potrà succedere che non sempre ci sia da ricaricare il pacco pile del portatile, ma spesso ci saranno anche le pilette della macchina fotografica o chissà cosa... In questi casi la tensione del carico non è più quella prevista, ma cala! Il regolatore si farà carico della tensione in più, dissipandola... Appare chiaro che per realizzare un dispositivo flessibile, occorrerà dimensionare generosamente il dissipatore sul quale verrà montato il nostro LM317, senza paura di eccedere con l'alluminio!

TEMPI DI RICARICA

In genere sulle batterie viene riportata la corrente di ricarica consigliata per 16 ore e, talvolta, la corrente di mantenimento per una ricarica costante (tipo batterie tampone).

Attenzione! Ricordiamo che le batterie NiCd andrebbero ricaricate soltanto quando sono scariche, ovvero quando la loro tensione si aggira intorno agli 0.7V per ogni elemento,  e che la miglior ricarica è sempre quella lenta, da circa 16 ore.

Nella sezione download avete la possibilità di scaricare un  file di Excel che, nota la corrente nominale della batteria, consente di calcolare i valori ed i tempi per ricariche "rapide" (file batterie.xls).