Calcolatore di batterie stazionarie: dimensionamento, autonomia e prova di capacità
Calcoli la capacità minima richiesta dal suo profilo di carico, l'autonomia stimata a corrente costante e il risultato di una prova di scarica corretto in temperatura.
Dimensionamento, autonomia e prova di capacità
Tre calcoli sulla stessa batteria: la capacità minima richiesta dal profilo di carico, l'autonomia stimata a corrente costante e il risultato di una prova di scarica corretto in temperatura.
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Che cosa fa questo calcolatore
Tre calcoli sulla stessa batteria, in tre schede:
- Dimensionamento. Dal profilo di carico, la capacità minima da installare.
- Autonomia. Quanto reggerà una batteria già installata a corrente costante.
- Prova di capacità. Quale percentuale della capacità nominale ha reso una scarica reale, corretta in temperatura.
Dimensionamento secondo la IEEE 485
Il metodo completo della IEEE 485 divide il profilo di carico in sezioni e cerca, per ciascuna, la taglia di elemento che la copre usando le curve di capacità del costruttore. Questo calcolatore applica la versione semplificata usata per un primo calcolo:
- Si sommano gli ampere-ora richiesti dal profilo: Σ (corrente × durata).
- Si applica il fattore di temperatura corrispondente alla temperatura minima del locale. Si interpola tra i punti della tabella della IEEE 485 — 1,00 a 25 °C; 1,04 a 21,1 °C; 1,11 a 15,6 °C; 1,19 a 10 °C; 1,30 a 4,4 °C; 1,59 a −6,7 °C — e sopra 25 °C non si prende credito, che è il criterio cautelativo.
- Si applica il fattore di invecchiamento, 1,25 per convenzione.
- Si aggiunge il margine di progetto, tipicamente dal 10 % al 15 %.
Il risultato è la capacità minima in ampere-ora. Non è la taglia definitiva dell’elemento: per quella occorre entrare nelle curve del costruttore con il regime di scarica reale, perché una batteria non eroga la stessa capacità in 1 ora e in 8.
Autonomia stimata
La seconda scheda usa l’equazione di Peukert,
t = H × (C / (H × I))^n
dove C è la capacità nominale, H il regime al quale è dichiarata (8 o 10 ore nella maggior parte delle stazionarie), I la corrente di scarica e n l’esponente di Peukert, tra 1,1 e 1,3 nel piombo-acido.
È un’approssimazione nota e comoda, ma pur sempre un’approssimazione: si allontana dalla realtà nelle scariche molto rapide e alle correnti molto basse, e non tiene conto della tensione di fine scarica né dello stato di carica iniziale. Serve a decidere se una batteria è abbondante o al limite; non a certificare un’autonomia.
Prova di capacità secondo la IEEE 450
L’unico modo per conoscere la capacità di una batteria è scaricarla. La terza scheda calcola
Capacità (%) = (tempo raggiunto / tempo atteso) × 100
corretta con la temperatura media degli elementi durante la prova secondo il fattore della IEEE 450, 1 + 0,008 × (T − 25 °C). Con gli elementi a 30 °C la batteria rende di più, e senza correzione si registrerebbe un risultato migliore del reale di circa il 4 %.
Lettura: 90 % o più, servizio normale; tra l'80 % e il 90 %, accorciare l’intervallo tra le prove; sotto l'80 %, sostituire.
Esempio svolto
Sistema a 125 V c.c. in una sottostazione il cui locale scende a 10 °C d’inverno. Profilo: 120 A per il primo minuto, 25 A per 179 minuti e 80 A nell’ultimo minuto.
- Consumo del profilo: 120×(1/60) + 25×(179/60) + 80×(1/60) = 77,9 Ah
- Fattore di temperatura a 10 °C: 1,19
- Con invecchiamento 1,25 e margine del 10 %: 77,9 × 1,19 × 1,25 × 1,10 = 127 Ah
Un elemento da 150 Ah al regime di 8 ore copre il profilo con margine; uno da 125 Ah sarebbe al limite e andrebbe verificato sulla curva del costruttore prima dell’acquisto.
Che cosa questo calcolatore non fa
Non sostituisce il metodo per sezioni della IEEE 485 né le curve del costruttore, che governano il dimensionamento finale. Non conosce il tipo di elemento, la tensione di fine scarica né il numero di elementi. E non dice nulla sullo stato di una batteria installata: per quello c’è la prova di scarica, l’unica misura che nessun calcolo sostituisce.
Con che cosa si misura
La prova di capacità si esegue con uno scaricabatterie capace di mantenere costante la corrente e di registrare la tensione di ogni elemento per tutta la scarica. Il resto del ciclo di manutenzione — carica, controllo degli elementi e monitoraggio — rientra nella stessa gamma.
Se preferisce non scegliere l’apparecchio a mano, il selettore di caricabatterie e scaricabatterie propone il modello preciso a partire dalla tensione della batteria, dalla corrente e dal tipo di prova.
Domande frequenti
- Perché si moltiplica per 1,25 nel dimensionamento?
- È il fattore di invecchiamento. Una batteria stazionaria si considera esaurita quando la capacità scende all'80 % della nominale, e 1/0,8 = 1,25. Dimensionare senza quel fattore significa che l’impianto smette di garantire l’autonomia molto prima che la batteria arrivi a fine vita.
- Perché occorre correggere in temperatura?
- Perché una batteria al piombo eroga meno capacità quanto più fa freddo: a 10 °C serve circa il 19 % di capacità nominale in più per ottenere gli stessi ampere-ora che a 25 °C. Si dimensiona con la temperatura minima attesa nel locale, non con la media.
- Quando va sostituita una batteria?
- La IEEE 450 fissa il criterio all'80 % della capacità nominale: sotto quel valore la batteria si sostituisce. Tra l'80 % e il 90 % la raccomandazione è accorciare l’intervallo tra le prove e seguirne l’andamento, perché il calo tende ad accelerare.