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L
’anello debole nella catena energetica di
ogni UPS è la batteria al piombo. In caso
di intervento dell’UPS per la caduta della
rete, la più frequente causa di disservizio è l’in-
capacità del pacco batteria piombo di erogare
la potenza richiesta per il tempo necessario e
questo per diversi motivi: invecchiamento pre-
coce, guasto ad un elemento, elevata resisten-
za interna, temperatura ambiente troppo bassa
o troppo alta, impossibilità o costo elevato di un
monitoraggio elevato delle singole celle. La
batteria tradizionale al piombo inoltre richiede
periodiche e costose sostituzioni. Da tempo in
altri settori, si è iniziato a sostituire la batteria
piombo con la più efficiente chimica del litio ot-
tenendo grandi vantaggi ma anche un (appa-
rente) maggior costo. Cercheremo di eviden-
ziare, nel seguito di queste righe, quali siano i
vantaggi e gli svantaggi nell’uso delle tecnolo-
gie di accumulo del litio a confronto con quelle
tradizionali del piombo basandoci sull’espe-
rienza derivata da una applicazione della bat-
teria litio nel settore dei grandi UPS (300 kW).
Vantaggi delle batterie litio
I vantaggi delle batterie litio sono molteplici ed
alcuni di essi sono particolarmente interes-
santi per l’applicazione negli UPS che saran-
no oggetto della nostra analisi:
• lunghissima vita operativa
• ricarica rapida ed elevata potenza di scarica
• elevata efficienza energetica
• pesi e dimensioni molto ridotti
• diagnostica predittiva già presente come
standard.
Lunghissima vita operativa
La grande parte della manutenzione program-
mata e degli interventi di riparazione in un
UPS riguarda le batterie. Periodicamente la
batteria al piombo deve essere sostituita poi-
ché esaurita e non più in grado di svolgere la
propria funzione. In generale la batteria al
piombo è capace di sostenere soltanto poche
centinaia di cicli di carica/scarica prima di es-
sere considerata a fine vita, ciò è particolar-
mente evidente in quelle applicazioni dove il ci-
clo di scarica è quotidiano (carrelli elevatori,
AGV veicoli a guida automatica ecc.) questo
non è il caso dell’UPS dove i cicli di carica sca-
rica sono infrequenti. Nell’UPS la batteria al
piombo è mantenuta in una condizione di cari-
ca “tampone” dove l’apporto di energia del ca-
ricatore dovrebbe compensare soltanto l’auto-
scarica propria della batteria stessa. Il continuo
stato di carica tampone genera tuttavia un pro-
gressivo degrado delle caratteristiche della
batteria al piombo, il particolare l’effetto è una
perdita progressiva di capacità ed un progres-
sivo aumento della resistenza equivalente se-
rie. Il primo fenomeno, la perdita di capacità,
a
ttualità
e
lettrotecnica - gennaio/febbraio
2018
- numero
1
che ricordiamo è espressa in Ah, si traduce in
una diminuzione del tempo di backup che
l’UPS è in grado di dare quando interviene. Il
secondo fenomeno, l’aumento della resistenza
interna, provoca un fenomeno più impattante:
quando alla batteria vengono richieste elevate
correnti, la tensione ai suoi capi crolla mettendo
in crisi la funzionalità dei convertitori dell’UPS
che potrebbe interrompere la continuità. La ra-
gione di questo fenomeno è evidente analiz-
zando il modello equivalente semplificato di
una batteria piombo che è un generatore di
tensione con in serie una resistenza Rs: elevate
correnti provocano grande caduta di tensione
su Rs e corrispondente diminuzione della ten-
sione ai morsetti esterni della batteria. La batte-
ria al litio, a differenza di quella al piombo, ha
una vita operativa di molte migliaia di cicli: a
parità di condizioni la vita operativa è almeno
un ordine di grandezza superiore a quella del-
le batterie piombo. Nelle applicazioni cicliche
(carrelli elevatori, AGV, elettroutensili, automo-
bili elettriche o ibride) il vantaggio è enorme
ed evidente: la vita della batteria litio è in mol-
ti casi 5-10 volte superiore. Il grande vantag-
gio della batteria litio ha fatto si che nel setto-
re degli elettroutensili, tutti i costruttori siano
passati dalle altre tecnologie (piombo, nickel)
al litio nonostante un maggiore costo iniziale
della batteria stessa.
Nel caso dell’UPS, il grande numero di cicli di
vita non è la caratteristica più interessante del-
le batterie al litio, molto importante è invece la
tendenza a mantenere la resistenza interna a
valori molto bassi anche dopo un lungo perio-
do di carica tampone; ciò consente alla batte-
ria di avere una pronta risposta quando l’UPS
interviene e richiede elevate correnti di scari-
ca, in questo caso la caduta di tensione della
batteria rimane contenuta e comunque di gran
lunga inferiore a quella del piombo.
di Eugenio Mascagni* e Alessandro Scorcioni**
batterie litio
efficienti e
compatte
per grandi UPS
Ecco un confronto tra due tipologie di batterie usate
negli UPS. Quelle al piombo e quelle al litio.
La conoscenza delle loro caratteristiche
consentirà una miglior scelta.
