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XI
POWER 14 -
SETTEMBRE 2017
SUPERCAPS
tegia efficace, in quanto queste sono spesso sovradimensio-
nate al fine di sopportare i picchi di corrente e di potenza
richiesti. Nel caso degli EDLC, in virtù della loro capacità
di carico di picco, tale sovradimensionamento non è ne-
cessario. Tutti coloro che desiderassero migrare verso l’uso
di condensatori, dovrebbe porsi alcune domande del tipo:
qual è la quantità di energia necessaria per la funzione desi-
derata, ossia quali sono i tempi di funzionamento e di buffer
desiderati o necessari e con quali valori di corrente, oscilla-
zione di tensione potenziale e potenza di uscita? L’utilizzo di
un condensatore si rivela ottimale se il 100% della tensione
di carica viene dimezzato, il che corrisponde a un’efficienza
energetica del 75%. In presenza di oscillazioni di tensione di
ridotte dimensioni, è necessario un incremento di capacità
a parità di potenza di uscita, o in alternativa è richiesta la
presenza di un convertitore DC/DC per fornire il range di
tensione richiesto per l’applicazione.
In base a considerazioni prettamente energetiche, al volume
dell’EDLC e al costo dei componenti, spesso appare chiaro
come una soluzione composta da soli condensatori non abbia
molto senso. La soluzione ideale non è dunque da ricercarsi
nell’alternativa tra batteria o supercondensatore, ma in una
combinazione di entrambi. Una soluzione ibrida di questo
tipo permette di sfruttaremeglio la capacità della batteria pro-
lungandone al contempo la durata per singola carica. Al tem-
po stesso viene notevolmente prolungata, per via del minore
carico di corrente, la vita utile della batteria – fino al 100% in
base ai primi dati di natura empirica. Tutto ciò si può realizza-
re sfruttando diverse topologie, da un semplice collegamento
in parallelo fino a sistemi connessi logicamente e controllati
in modo attivo.
Un esempio di applicazione: avvitatore a batteria
L’esempio pratico di un avvitatore a batteria da 14,4V è utile
per spiegare il comportamento di soluzioni che prevedono
rispettivamente solamente condensatori EDLC, solamente
batterie a ioni di litio e una combinazione di batteria agli ioni
di litio ed EDLC, relativamente a parametri quali tempo di
carica, potenza e il tempo di funzionamento. Attualmente, gli
avvitatori a batteria sono sempre più spesso dotati di batterie
a ioni di litio. Queste sono più leggere e hanno una capaci-
tà nettamente maggiore rispetto alle batterie
NiCd e NiMh.
Soluzione con EDLC
Con cinque celle EDLC da 350F collegate in
serie e una tensione di carica di 13,8V sono
state avvitate, nel corso di un test pratico, circa
40 viti per legno (4,5 x 40 mm) in un asse di
legno prima di dover ricaricare nuovamente
l’utensile. Con una corrente di carica di 20A,
il condensatore era di nuovo completamente
carico nel giro di circa 35 secondi. A tale sco-
po non occorre alcuna elettronica di carica,
bensì soltanto un limitatore di tensione di fine carica. Un
vantaggio di questa soluzione consiste nel poter fare a meno
di un’opzione di arresto per bassa tensione, poiché anche in
caso di diminuzione del numero di giri, è disponibile una
coppia di valore sufficiente. Rispetto alle batterie, infatti, gli
EDLC sono in grado di fornire molta più corrente e posso-
no supportare senza danni anche a tensioni molto basse. Gli
EDLC consentono fino ad oltre 100.000 cicli di ricarica.
Soluzione con batteria agli ioni di litio
Con una batteria agli ioni di litio di capacità nominale pari a
1,5 Ah sono state avvitate, con una singola carica, circa 250 viti
per legno delle stesse dimensioni nello stesso asse di legno.
Dopo di che ci è voluta circa un’ora per ricaricare completa-
mente la batteria.
Tutti i migliori avvitatori a batteria sono dotati di un’op-
zione di arresto per bassa tensione per la protezione della
batteria. Poiché la profondità di scarica (depth of dischar-
ge, DOD) di una batteria agli ioni di litio è pari al 70%, ciò
significa che sono effettivamente disponibili 1,05 Ah degli
1,5 Ah nominali. L’eventuale scarica della batteria, inoltre,
avrebbe come conseguenza danni persistenti. Col trascor-
rere del tempo, cala la percentuale di capacità nominale
utilizzabile. All’atto pratico, la batteria sopporta tra i 150 e
i 200 cicli di carica.
Soluzione ibrida
Per la soluzione ibrida, la batteria agli ioni di litio da 1,5 Ah
è stata accoppiata con 15 EDLC da 25F ciascuno. In questo
caso, con l’avvitatore a batteria è stato possibile avvitare cir-
ca 300 viti nell’asse di legno. Anche con questa soluzione, il
tempo di ricarica è stato di circa un’ora, ma la vita utile del-
la batteria raddoppia fino a circa 400 cicli di carica mentre
la DOD è migliorata raggiungendo percentuali comprese
tra l’80 e il 90%. Tutte e tre le soluzioni proposte hanno
pregi e difetti, per cui non è possibile fornire consigli di
natura generale. Inoltre devono venire esaminati i detta-
gli della particolare applicazione considerata. In sintesi,
i fattori da tenere in considerazione sono la tipologia di
utilizzatore, i vincoli a cui è soggetto il dispositivo e le sue
modalità di utilizzo.
ALDO
Fig. 2
– Confronto tra le caratteristiche di un supercondensatore e una batteria NiMh