Tutto sulle batterie di servizio: quali scegliere e come fare in modo che durino

Prima di incominciare bisogna fare un po’ di chiarezza in merito ai termini tecnici di una installazione elettrica. Sfortunatamente in molti blog, gruppi di facebook e perfino nelle riviste del settore c’è molta confusione su questo argomento, si confondono gli ampere-ora con i watt-ora, i consumi con le correnti, etc, arrivando a dare consigli che posso danneggiare irreversibilmente le vostre batterie. I concetti in realtà sono molto semplici, ma vanno capiti bene prima di mettersi a progettare l’installazione elettrica di un camper.

Quello che segue è una versione semplificata della realtà, questo non è un corso di elettronica. Non parlo di voltaggio in termini di differenza di potenziale, forza elettromotrice ed elettroni, ma penso che in questo modo riesco comunque a trasmettere correttamente concetti importanti a più persone.

Consumo istantaneo e corrente electrica

Quando parliamo di potenza o consumo istantaneo di un apparecchio elettrico, parliamo di watt. Praticamente è un valore che ci dice la “velocità” o “ritmo” con il quale un apparecchio consumerà energia elettrica una volta acceso, o detto in altro modo informale, quanta “fame” di energia ha. Per esempio, quando compriamo un asciugacapelli, se nella scatola c’è scritto 1200W, questo valore è la sua potenza / il suo consumo istantaneo.

In molti casi quello che leggiamo sulla scatola in realtà è la potenza utile dell’apparecchio, ovvero la parte di energia spesa che effettivamente fa qualcosa di utile, ma il consumo totale dell’apparecchio suole essere più alto. Un esempio classico è il forno a microonde: un modello da 900W di potenza utile (la potenza effettivamente utilizzata per scaldare il cibo) spesso consuma 1200W totali, misurati nella presa. Questo perché una parte dell’energia si perde nel processo di creazione delle microonde stesse. Nella maggior parte dei casi, queste perdite di energia o consumi extra si manifestano in forma di calore emesso dall’apparecchio (per questo è importante mantenere uno spazio sufficiente per una ventilazione adeguata, in modo che questo calore extra possa disperdersi nell’ambiente senza creare problemi).

Con la parola efficienza si definisce la percentuale del consumo totale di energia dell’apparecchio che è convertita effettivamente in lavoro utile. Per esempio, un apparecchio con una efficienza del 90% è capace di convertire il 90% dell’energia che consuma in qualcosa di utile, mentre il restante 10% si disperde nell’ambiente in forma di calore. L’efficienza del forno a microonde dell’esempio precedente è di 900W / 1200W = 0,75, ovvero del 75%.

A una data potenza / consumo istantaneo di un apparato elettrico corrisponde una certa quantità di corrente elettrica che passa per il cavo che lo alimenta. Più potenza = più corrente che passa per il cavo. La corrente elettrica si misura in ampere. E’ possibile passare da watt di potenza (W) ai corrispondenti ampere di corrente (A) e viceversa con due formule molto semplici, se conosciamo i volt (V) di cui l’apparato ha bisogno per funzionare. Alcuni dispositivi sono fatti per funzionare a 12 volt (come la pompa dell’acqua potabile di un camper) mentre altri funzionano solo con 220 volt, come la televisione che avete nel salotto della vostra casa. Parleremo dopo dei tipi di corrente / voltaggio diversi e come convertire da un formato a un altro, per ora è sufficiente sapere che ogni dispositivo è fatto per funzionare con un voltaggio specifico, se attacchiamo la nostra pompa da 12V a una presa da 220V la danneggeremo in modo irreversibile (rischiando anche di creare un incendio).

Se sappiamo che la nostra televisione da 220V consuma (per esempio) 100W, possiamo convertire questo consumo istantaneo in ampere di corrente così: A = W / V. Ovvero 100W/220V = 0,45A. Viceversa, se sappiamo che la nostra piccola pompa dell’acqua potabile assorbe 3A di corrente, possiamo convertirli a watt cosí: W = V * A. 12V * 3A = 36W, nel nostro caso. Il vantaggio dei watt è che ci permettono di confrontare apparecchi fatti per funzionare con voltaggi diversi: possiamo vedere come la nostra pompa, con 36W, se rimanesse sempre accesa spenderebbe comunque praticamente un terzo dell’energia elettrica che consuma la nostra televisione (100W).

I watt-ora

Fin’ora abbiamo parlato di consumo istantaneo. Il consumo totale di un apparecchio in realtà dipende (ovviamente) anche dal tempo che rimane acceso. Per calcolare il consumo di un apparecchio in un periodo di tempo dato, moltiplichiamo semplicemente il suo consumo istantaneo in watt per il numero di ore che lo lasciamo acceso. Per esempio, una stufa elettrica da 2200W di potenza, se la lasciamo accesa tre ore consumerà 2200W * 3h = 6600 Wh (watt-ora) o, cambiando unità di misura, 6,6 kWh (1 kW = 1000W). Come potete vedere, abbiamo introdotto il concetto di watt-ora, che identifica un consumo totale in un periodo di tempo dato, o detto in altro modo, misura la quantità di energia elettrica consumata. Un altro esempio: il nostro asciugacapelli da 1200W, acceso durante un quarto d’ora. Un quarto d’ora sono 15/60 = 0,25 ore. Il consumo totale alla fine di quei 15 minuti sarà quindi di 1200W * 0,25h = 300Wh.

Il consumo giornaliero totale

Per dimensionare l’impianto elettrico di un furgone camper è utile calcolare il consumo totale di tutti i dispositivi che trasportiamo, sommando i consumi di ognuno di essi nell’arco di una giornata. Per esempio possiamo sommare un computer portatile da 30W che utilizziamo 4 ore al giorno (120Wh), più una barra a led da 15W 3 ore di notte (45Wh), il caricabatterie del cellulare 5W per 3 ore (15Wh) e arriviamo a un totale giornaliero di 120+45+15 = 180Wh che in qualche modo dobbiamo generare e/o immagazzinare se vogliamo usare questi apparecchi ogni giorno.

I dispositivi che funzionano in modo intermittente sono un po’ più complicati da valutare. Una pompa per l’acqua potabile per esempio non rimane sempre accesa. Succede la stessa cosa con i frigoriferi a compressore, quest’ultimo non rimane sempre acceso e nei modelli a basso consumo anche la sua potenza è variabile (cambia a seconda della necessità del momento). Ad esempio il nostro frigorifero da manuale consuma 90W (consumo istantaneo). In realtà questo è il consumo massimo, quando il compressore è acceso a potenza massima, ad esempio quando si accende il frigo per la prima volta in estate e deve abbassare la temperatura interna da 30 a 4 gradi. Ma quando arriva a quattro gradi il compressore si spenge (consumo pari a 0W o quasi), e quando si riaccende lo fa consumando meno di 40W. Come si può calcolare quindi quanto consuma questo frigo in una giornata tipica, con così tante variabili? Ci sono due modi.

Possiamo comprare un misuratore di consumo e attaccarci il frigo per qualche giorno, calcolando alla fine la media dei watt-ora giornalieri. L’altro modo è cercare tra i dati tecnici del frigo il consumo annuale medio in kWh (normalmente è presente nella scheda europea di consumo). Nel nostro caso è di 120kW all’anno. Se dividiamo questi 120000Wh per 365 giorni otteniamo 330Wh, che è il consumo medio giornaliero. I costruttori normalmente calcolano questi valori in condizioni ottimali di funzionamento (buona ventilazione, temperatura ambiente di 20º C), se la mettiamo in un armadio poco ventilato o con 35 gradi di temperatura nel furgone, il consumo sarà ovviamente maggiore.

Bene, supponiamo che abbiamo calcolato che il consumo totale giornaliero in Wh di tutti gli apparecchi che vogliamo usare nel nostro furgone è di 600Wh. Di che batteria abbiamo bisogno per avere un paio di giorni di autonomia senza nessun tipo di ricarica? Quanti pannelli solari saranno necessari per ricaricarla giornalmente?

Quanta energia può immagazzinare una batteria? Tipi diversi di batterie servizi.

La capacità di una batteria, ovvero la quantità di energia che può immagazzinare, è espressa quasi sempre in ampere-ora (Ah). La maggioranza delle batterie utilizzate nelle installazioni elettriche di un camper sono da 12 volt. Come abbiamo visto prima possiamo passare da ampere a watt quando vogliamo, di modo che possiamo moltiplicare la sua capacità in Ah per il suo voltaggio (12) e ottenere la stessa capacità espressa in Wh, che è più comoda per fare i nostri calcoli di consumo. Mettiamo che abbiamo una batteria da 100Ah. 100Ah * 12V = 1200Wh. Questo vuol dire che abbiamo 1200Wh di energià disponibile da spendere? Sfortunatamente no. A seconda del tipo di batteria potremo usare una percentuale diversa di quel totale. Se superiamo questa percentuale-limite ridurremo molto la sua vita utile (ovvero il numero di cicli scarica-carica che potrà sopportare), e finiremo presto con 50Kg di spazzatura piena di materiali inquinanti, pronta per una discarica.

Esistono cinque tipi di batterie che possiamo montare sui nostri veicoli, anche se come vedremo, per le batterie di servizio, la scelta si limita a tre.

• Batterie piombo-acido. Sono le classiche batterie motore, con elettrolita liquido. Sono fatte per reggere scariche molto forti durante l’avviamento del motore, ma non sono fatte per essere scaricate lentamente ma costantemente durante un tempo lungo, e neanche per essere ricaricate rapidamente. Le più vecchie hanno bisogno di manutenzione periodica (aggiunta di acqua, per riformare l’acido solforico). Sconsiglio vivamente di utilizzarla come batterie di servizio. A parte le sue prestazioni limitate, durante la ricarica (soprattutto quella rapida) liberano gas idrogeno. In un ambiente piccolo come il vano batterie di un camper l’accumulo di questo gas può creare piccole esplosioni che possono danneggiare la batteria proiettando il suo acido all’esterno. Meglio non farlo.
• Batterie AGM. Sono batterie che reggono una scarica profonda, l’elettrolita è assorbito dentro microfibra di vetro, sono praticamente stagne e non hanno bisogno di manutenzione. Tollerano bene tassi di scarica sia rapidi che lenti. Percentuale di energia effettivamente utilizzabile: 50-60%.
• Batterie GEL. Sono batterie in cui l’elettrolita è gelificato, sono praticamente stagne e non hanno bisogno di manutenzione. Reggono un po’ meglio le temperature alte e la scarica profonda rispetto alle AGM, ma purtroppo non tollerano bene tassi di carica e scarica rapidi. Percentuale di energia effettivamente utilizzabile: 50-60%
• Batterie ai polimeri di litio (conosciute anche come LiPo, o litio ferro fosfato, o LiFePo4, o LFP). Queste batterie utilizzano una chimica completamente diversa dalle precedenti, basata su un composto stabile di litio, ferro e potassio come catodo e carbonio (grafite) come anodo. Durano almeno 3-4 volte quello che dura una batteria AGM/GEL, a parità di energia contenuta sono molto più piccole e leggere, permettono tassi di carica e scarica rapidissimi. Rispetto a GEL e AGM sono (ad oggi) più costose. Temperatura di esercizio: tra 1º C e 55º C. Richiedono un controllo elettronico costante del voltaggio delle celle che la compongono, per garantirne la sicurezza e la durata. Percentuale di energia effettivamente utilizzabile: 90-100%.
• Batterie agli ioni di litio (Li-ion). Utilizzano un composto chimico del litio con il cobalto o il manganese e il nickel come catodo. Sono le batterie usate in molte auto elettriche ad alte prestazioni, di fatto le poche che si trovano in commercio sono spesso moduli di un corpo batterie auto che sono state ricondizionate per un uso diverso. Sono ancora più compatte e performanti, ma hanno dei problemi in più che la rendono una batteria non consigliabile per l’uso in un camper. La vita utile, anche se alta, è ridotta alla metà rispetto a una LFP, si scaricano più velocemente quando non vengono usate, e non tollerano le alte temperature. Un eccesso di calore generato ad esempio dal danneggiamento dell’involucro esterno con conseguente cortocircuito provoca una “thermal runaway”, un aumento incontrollato di temperatura e un conseguente incendio, che tra l’altro non si può spengere con acqua. I pompieri devono seguire dei corsi apposta per questo tipo di incendi.
• NOTA: Esistono altri tipi di batterie “di nicchia”, prodotte da aziende specifiche come ad esempio le Bolt Ultra di Genezen Energy che si pongono tra le AGM/GEL e le LFP a livello di prestazioni, e reggono temperature di esercizio molto basse (riducendo però molto la loro capacità in quel caso). Il problema di queste batterie è che non sono facili da trovare qui in Europa, e soprattutto le batterie LFP ormai si trovano allo stesso prezzo. Per un camper non hanno molto senso.

Come potete vedere, la scelta di una batteria servizi ad oggi è una scelta tra AGM, GEL e LFP. Se avete un’installazione che supporta le batterie LFP e avete i soldi per comprarla, è l’opzione migliore. Tra AGM e GEL, io preferisco le AGM perché sono più economiche e perché l’occasionale ricarica o scarica rapida a cui possiamo sottomettere una batteria GEL annulla il suo vantaggio di durata. L’unico vantaggio reale delle batterie GEL è che in ambienti caldi >30º C degradano meglio (detto in altro modo, si autodistruggono più lentamente) delle AGM. Ma se volete in generale che la vostra batteria di servizio duri, è comunque una buona idea non mantenerle a lungo a quelle temperature, indipendentemente dal tipo. Calcolate che con una temperatura di 30º C una batteria vi durerà la metà rispetto a 20º C. A 40 gradi, durerà un quarto di quello che vi durerebbe a 20º C. La LFP reggono meglio, ma a 40º C dimezzano comunque la loro durata. Morale: in estate meglio la montagna o in alternativa attaccarsi il più possibile alla rete elettrica in un camping, lasciando le batterie in riposo. Lo so, sono solo 2-3 mesi, ma è comunque sconsigliabile.

Tornando al nostro esempio, supponiamo che la nostra batteria da 100Ah sia di tipo AGM. Questo vuol dire che quando è completamente carica, potremo usare solo il 50-60% dell’energia immagazzinata al suo interno. Ovvero, di quei 1200Wh che abbiamo calcolato, 600Wh-720Wh al massimo. Dovremo considerare la batteria come scaricata completamente quando rimane in realtà ancora il 40% della sua capacità totale dichiarata, se non vogliamo farla fuori.

Calcolate anche che in climi molto freddi la capacità totale delle batterie si riduce un po’. Con 10º C dentro del vano batterie potete aspettarvi una riduzione del 10% di capacità. Ovvero una batteria da 100Ah diventa una da 90Ah (di cui potete usare comunque solo il 50-60%, come abbiamo detto).

Le batterie LFP vincono a man bassa perché si possono svuotare quasi completamente senza comprometterle. Certo, se ogni volta le scaricate al 50% invece che al 100% vi durano comunque il doppio degli anni, ma anche scaricandole al 100% durano comunque molto di più di una AGM/GEL. Un loro limite è che non si possono usare con temperature di 0 o meno gradi centigradi, ma dentro un camper la temperatura non dovrebbe mai arrivare così in basso, pena congelamento dei tubi, perdite, rottura della pompa, giusto? Se dovesse arrivarci, ricordatevi che non potete ricaricare una LFP se non riscaldate bene prima l’ambiente (e se il vostro riscaldamento usa la batteria, siete fregati).

Come misurare la capacità residua

Esistono apparecchi che permettono di vedere costantemente lo stato delle nostre batterie e quanto stiamo consumando in un dato momento (in W) o giornalmente (in Wh), come ad esempio il Victron BMV-700 (ma ci sono anche di altre marche). Vi consiglio vivamente di installarne uno nel vostro camper, se già non c’è, perché vi permette di mantenere sempre sotto controllo la situazione, allungando così la vita delle vostre batterie.

Un modo “casalingo” di conoscere lo stato di carica delle batterie è quello di misurare con un voltmetro il voltaggio tra il polo positivo e quello negativo quando sono “in riposo”, ovvero scollegate dal sistema da un po’ di tempo (non sottoposte né a ricarica né a scarica). I valori cambiano un po’ a seconda del costruttore e il modello, ma normalmente 13V indicano una batteria caricata al 100% e 12V una batteria al 45% (ovvero da ricaricare). Durante o dopo una ricarica o una scarica, è normale che questi valori siano rispettivamente più alti o più bassi (per questo normalmente si lasciano in riposo un po’ di tempo, per far stabilizzare il voltaggio). Una cosa è sicura: se a riposo leggete meno di 12V, dovete ricaricare la vostra batteria il prima possibile.

La corrente di ricarica e scarica

Va bene, ho solo 600Wh invece di 1200Wh. Ma posso fare quello che voglio con questa energia, no? Posso collegare il mio asciugacapelli da 1200W per mezz’ora, se voglio? La risposta sfortunatamente è ancora “dipende dal tipo di batteria”. Le batterie AGM tollerano tranquillamente un tasso di scarica che le faccia passare dal 100% al 50% (il nostro limite) in 5 ore, ma velocità più alte ridurranno, ancora una volta, la loro vita utile. Stessa cosa quando le ricarichiamo, non possiamo ricaricarle con un sacco di energia in poco tempo. O meglio, possiamo farlo, ma le staremo danneggiando. È una legge semplice: alle batterie non piacciono né le ricariche né le scariche rapide. Più sono lente e più durerà la vostra batteria.

Vediamo se riusciamo a convertire questo tasso di scarica in valori utili concreti. Una batteria da 100Ah scaricata in 10 ore (ovvero che passa dal 100% al 50% in 5 ore, come abbiamo detto) ci da una corrente di scarica media di 100Ah / 10h = 10A. Passando da ampere a watt, 10A * 12V = 120W. Ovvero possiamo collegare alla nostra batteria in modo costante (continuo) degli apparecchi con una potenza totale massima di 120W. Questo non vuol dire che ogni tanto non possiamo scaricarla al doppio di velocità, collegando apparecchi per un totale di 250W. O arrivare forse a 500W per un paio di minuti, in rare occasioni. Ma vi sconsiglio di andare molto più in là. Le batterie a GEL reggono ancora meno. I forum e i gruppi di Facebook sono pieni (a esplodere) di gente che dice “non capisco, ho collegato questa stufa elettrica da 2000W una notte e adesso la batteria si carica e scarica completamente in 2 minuti, sembra non immagazzinare più energia”. Questo è il tipico segnale di morte di una batteria. “Io collego sempre tutto quello che voglio e funziona tutto”, dice quello che utilizza il suo camper 30 giorni all’anno, dei quali 28 attaccato alla corrente di un camping. Quando vivi in un camper per strada, lontano da prese elettriche, e usi la batteria giornalmente, 365 giorni all’anno, ti accorgi di quanto dura una batteria e devi imparare a mantenerla.

La scarica rapida ha un altro effetto interessante nelle batterie: riducono la quantità di energia disponibile, perché genera perdite maggiori in forma di calore (le batterie si scaldano di più durante una scarica rapida). Per questo motivo in molte schede di specifiche tecniche delle batterie è possibile leggere cose come “Capacità in C100: 260Ah. Capacità in C10: 230Ah”. Che vuol dire? Com’è possibile che la mia batteria abbia due capacità diverse? È da 230Ah o 260Ah? “In C100” significa “con un tasso di scarica tale che la batteria si svuota completamente in 100 ore”. C10, in 10 ore. Come potete vedere, scaricandola più rapidamente (C10) si perde una parte della sua capacità / energia utile immagazzinata, perché viene dissipata come calore durante l’uso.

La morale quindi è niente asciugacapelli da 1200W? Se hai una LFP da 100Ah o più, sì. Le batterie al litio vincono anche qui perché reggono tassi di scarica che le svuotano completamente in una ora (!). Questo, nel caso di una batteria da 100Ah, si traduce in 100A ovvero 1200W di apparecchi collegati. Chiaramente, il fatto che possiamo accendere il nostro asciugacapelli (spegnendo il resto dei dispositivi elettrici, perché tutto somma, ricordatelo), non elimina il fatto che la quantità di energia disponibile sia limitata: con un tasso di scarica simile, in meno di un’ora la nostra batteria sarà vuota e non potremo neanche accendere una luce. Se apriamo di più il rubinetto dell’elettricità, il nostro serbatoio (la batteria) si svuoterà più rapidamente. Vivendo in un camper a tempo pieno bisogna imparare a controllare tutti i consumi, incluso quello di energia elettrica!

12V, 24V, 220V

Come abbiamo visto, ci sono molti dispositivi (luci a led, pompe, aspirafumi, areatori, frigoriferi piccoli, etc) che sono fatti per essere alimentati con corrente continua a 12V, come quella che esce da una batteria. Alcuni accettano anche 24V, voltaggio che gli permette di lavorare in modo un po’ più efficiente. Gli apparecchi che usiamo normalmente in casa invece, come il nostro asciugacapelli, il formo a microonde, un frigorifero grande o il nostro computer sono progettati per funzionare con 220V di corrente alternata, come quella che proviene dalla rete elettrica. La corrente alternata, come dice il nome, inverte continuamente il senso di marcia, come se venissero scambiati i cavi del polo positivo e negativo, 50 volte ogni secondo. Il motivo per cui questo viene fatto è che si riducono le perdite di trasmissione sulle larghe distanze (tipiche della rete elettrica) in modo da poter trasmettere correnti più forti con cavi di sezione più piccola. Per quel che ci riguarda, ci interessa solo il fatto che sono 2 tipi di corrente diversa, incompatibili tra loro.

Se vogliamo utilizzare questi apparecchi “casalinghi” su un camper avremo bisogno di un inverter, un dispositivo che si occupa di trasformare la corrente continua a 12V che esce dalla nostra batteria in corrente alternata a 220V. Ogni inverter è progettato per una certa potenza massima di apparecchi a 220V che possiamo collegare. Ci sono inverter piccoli, a cui possiamo collegare al massimo un carico di 300W, e si può arrivare fino a inverter grandi da 3000W di potenza massima.

Questa trasformazione di corrente da 12V continua a 220V alternata, come tutte le trasformazioni, non avviene purtroppo senza perdite. L’efficienza di molti inverter gira intorno al 90%, per cui quando colleghiamo un tostapane a basso consumo da 500W, in realtà l’inverter starà consumando più o meno 550W (un 10% in più).

L’inverter ha anche un altro problema, particolarmente rilevante nel caso che vogliate lasciarlo sempre acceso (per esempio perché avete deciso di istallare nel vostro camper un frigorifero a 220V, che ha bisogno di rimanere sempre acceso): il suo consumo intrinseco, detto anche in “standby”. Semplicemente per il fatto di rimanere acceso, ogni inverter ha un consumo che normalmente è proporzionale alla sua potenza massima. Un piccolo inverter da 300W può consumare 3W, uno da 1600W consuma facilmente 8W. Ci sono inverter cinesi da 2400W che arrivano a consumare 30W senza collegarci neanche una lampadina, parlo per esperienza. Sembra poco, ma se moltipicate 30W per 24 ore ottenete 720Wh! È come avere nel furgone altri due frigoriferi invisibili, sempre accesi, che non potete utilizzare!

Per limitare questo problema molte case costruttrici hanno creato un modo “sleep”, dove consumano molto meno che in “standby”, in cui ogni pochi secondi l’inverter controlla se c’è qualche apparecchio collegato, e in caso negativo staccano la corrente, risparmiando energia. Quando rilevano un carico, si riaccendono da soli. Purtroppo questo “controllo” non è compatibile con due tipi di apparecchi: quelli che non consumano subito corrente quando vengono accesi (come ad esempio i frigoriferi moderni, che accendono il compressore solo dopo qualche secondo e che quindi non vengono rilevati come carico) e quelli che si accendono da soli quando va via e ritorna la corrente (che si accendono da soli senza che lo vogliamo). Nel nostro camper abbiamo entrambe le cose, per cui non possiamo usare il modo “sleep”. Ho scelto un inverter piccolo molto efficiente, con basso consumo di standby, proprio per questo motivo.

Le perdite dei cavi

Oltre all’efficienza degli apparecchi che montiamo e alle caratteristiche della nostra batteria servizi, c’è un altro fattore che influisce sui nostri consumi giornalieri e anche sulla nostra sicurezza: la resistenza elettrica dei cavi, soprattutto quelli dove passa corrente continua a 12V (quelli in corrente alternata a 220V li possiamo trascurare, se non sono molto lunghi e se non vogliamo collegare un forno industriale). I cavi di rame che trasportano l’energia elettrica a tutti i nostri apparecchi offrono una certa resistenza al passaggio della corrente, intrinseca del materiale. Più è fine e lungo il cavo, più offrirà resistenza. L’effetto di questa resistenza è di trasformare parte dell’energia che passa attraverso il cavo in calore, generando così una piccola perdita che si somma al nostro consumo giornaliero. Se la sezione del cavo é molto piccola in rapporto alla corrente che l’attraversa, questo calore può arrivare a fondere e bruciare il cavo e le cose con cui è in contatto, generando facilmente un incendio che può ridurre in cenere il camper nel giro di qualche minuto. Di fatto, è questa l’origine più comune degli incendi dei veicoli di questo tipo: un cortocircuito, che crea il passaggio di molti ampere di corrente dentro a un cavo e lo fa bruciare.

Per questa ragione è molto importante utilizzare la sezione di cavo corretta, secondo la lunghezza e la corrente (in ampere) che lo attraverserà. L’obbiettivo è limitare le perdite in calore al 2-3% al massimo. Esistono vari tool online per calcolarla, come questo. Inserite la percentuale di perdite che volete, gli ampere di corrente e la lunghezza del cavo, e la pagina vi dice la sezione del cavo che dovete comprare. Un esempio: voglio attaccare una pompa a 12V per l’acqua potabile, da 36W di consumo massimo. La pompa si trova nell’angolo diametralmente opposto del camper rispetto alla batteria, per cui avrò bisogno di 6 metri di cavo. Metto nel formulario della pagina web 2% di perdite, 12V come voltaggio, 3 ampere di corrente (ricordate, A = W / V), 6 metri di lunghezza e la pagina ci dice che dobbiamo comprare un cavo con una sezione di 4 millimetri quadrati. Normalmente si calcola sempre una corrente un po’ più alta, nel caso in cui un domani volessimo collegare al cavo un apparecchio in più (o più potente). Occhio che il rame è un metallo caro: quando i millimetri quadrati crescono, cresce velocemente anche il prezzo.

Il punto più critico, dove è molto importante scegliere la sezione corretta perché normalmente è dove passano più ampere di corrente, è il collegamento tra la batteria e l’inverter, soprattutto se questo è di alta potenza. Anche la connessione tra le batterie stesse, se ne abbiamo più di una, è importante. Cercate di mantenere sempre le batterie vicine all’inverter e vicine tra loro (se ne avete più di una), per ridurre la lunghezza dei cavi. Se avete una installazione solare importante o un caricabatterie da molti ampere, scegliete con attenzione anche i loro cavi.

In un sistema a 24V la sezione dei cavi in genere è più piccola, perché a parita di watt spesi, gli ampere di corrente che attraversano i cavi sono la metà. Esempio: se la pompa di cui sopra fosse a 24V, gli ampere di corrente necessari sarebbero 36W / 24V = 1,5A, la metà. A meno ampere, e a parità di perdite, corrisponde un cavo più piccolo (e più economico).

Al di là della sezione del cavo, per la vostra sicurezza ricordatevi sempre di mettere dei fusibili (o una scatola di fusibili da cui partono i vari cavi). In caso di cortocircuito finiranno per passare attraverso il cavo molti più ampere di corrente rispetto a quelli previsti, e un fusibile è la protezione più efficace: quando gli ampere superano un certo valore si fondono in maniera sicura, interrompendo fisicamente il passaggio della corrente. Metteteli sempre sul vostro camper fai da te! E cercate di non usare un unico cavo e un unico fusibile per portare la corrente a tutti gli apparecchi del camper, o in caso di cortocircuito non potrete capire qual’è l’apparecchio responsabile.

Tornando al nostro esempio, abbiamo calcolato che abbiamo bisogno ogni giorno di almeno 600Wh di energia. Occhio, questo totale dovrà includere le perdite dei cavi e un +10% di consumo di tutti gli apparecchi a 220V per le perdite dell’inverter, più il consumo dello stesso in standby se lo lasciamo sempre acceso. Di quanti Ah di batterie avremo bisogno per avere 2 giorni di completa autonomia, senza ricaricarle in nessun modo? Una batteria AGM da 200Ah ci darà 100-120Ah utili, ovvero 100Ah * 12V = 1200Wh di energia, proprio quello che vogliamo. O in alternativa, una batteria LFP da 100Ah ci darà la stessa quantità di energia. Con quest’ultima (e con un inverter sufficientemente potente) potremo collegare dispositivi fino a 1200W. Con l’AGM da 200Ah potremo collegare fino a 200Ah / 10h = 20A = 240W in modo continuo, 480W occasionalmente, di più per poco tempo.

Altri problemi con le batterie AGM/GEL?

Purtroppo si. Odiano rimanere a riposo senza essere completamente cariche, e non essere ricaricate fino al 100%. Se le manteniamo a lungo a riposo in uno stato di carica parziale, o non le ricarichiamo spesso fino al 100%, perderanno poco a poco la loro capacità totale, immagazzinando via via meno energia al loro interno. Per fare in modo che durino al massimo bisognerebbe riportarle al 100% tutti i giorni. Se passano due giorni non succede niente, più di 3 non è consigliabile. Dovremo tenerlo a mente quando dimensioniamo la nostra installazione solare o, se abbiamo solo un caricabatterie, quando dobbiamo decidere quanto tempo rimanere lontani da una presa elettrica.

Tanto per cambiare, le batterie LFP vincono pure qui. Reggono perfettamente gli stati di carica parziali, di fatto durano di più se non si mantengono costantemente al 100% di carica (non gli piace rimanere sotto carica al 100% per lunghi periodi di tempo).

Un altro problema delle batterie AGM/GEL è il profilo di ricarica. Una batteria da 100Ah può essere ricaricata in modo sicuro (senza ridurre troppo la sua vita utile) con una corrente di 10A (100Ah/10h). Ricordatevi che, se facciamo le cose per bene, dovremo ripristinare al massimo solo il 60% della sua capacità (riportandola dal 40% al 100%). Se abbiamo molta fretta possiamo forzarla a 20A, ma non ve lo consiglio (soprattutto se la batteria è molto scarica). Di fatto, se avete la possibilità di caricarla,  per 10 ore di seguito (perché avete dei pannelli solari e le previsioni danno sole tutto il giorno, o perché siete attaccati alla corrente in un camping), meglio ridurre ancora di più la corrente di carica. L’avrete capito ormai: meno vuol dire più, con questo tipo di batterie.

E come se non bastasse, c’è un altro problemino. Vediamo un po’. Se la mia batteria AGM da 100Ah, che al momento è al 40% di carica (quindi vuota), la ricarico con una corrente di 10A, mi aspetto di arrivare al 100% in 6 ore, giusto? Dopotutto, la devo riportare da 40Ah a 100Ah = 60Ah da ricaricare, con 10A di corrente ci metto 60Ah/10A = 6 ore, no? Sbagliato. La batteria assorbe quei 10A di corrente fino a l’85% della sua capacità (più o meno), l’ultimo 15% si può riempire solo riducendo in modo progressivo gli ampere fino ad arrivare al 100% con un filo di corrente. Questo viene fatto per evitare che le batterie si danneggino superando durante il processo di ricarica un voltaggio detto di assorbimento (tipicamente 14.4V per le batterie a 12V). I caricabatterie da 3 tappe/stadi o più fanno proprio questo, controllano gli ampere e il voltaggio durante tutto il processo di carica, adattandosi allo stato di carica della batteria. Che conseguenze comporta tutto questo? Che avremo bisogno di più tempo per riportare le nostre batterie AGM a quel 100% che gli piace tanto, perché gli ultimi Ah entrano più piano.

I caricabatterie LFP, ovviamente, ricaricano praticamente sempre al ritmo massimo, e in generale le batterie a Litio reggono correnti di ricarica molto più alte. Molti modelli da 100Ah accettano fino a 50 ampere, anche se è comunque molto meglio caricarle più lentamente. Personalmente vi consiglio una tassa di ricarica tale per cui la batteria LFP passa da 0% a 100% in 4 ore. Per una batteria da 100Ah questo si traduce in 100Ah/4h = 25 ampere di corrente di ricarica massima.

Ah, si. Vi avevo detto che le batterie LFP durano almeno il triplo o più rispetto a una batteria AGM, come numero di cicli di carica-scarica?

Ci sarà pure qualcosa che non va con le batterie LFP, no?

Si. In primo luogo il prezzo. Una batteria AGM da 200Ah costa sui 330€. Un’equivalente LFP cinese da 100Ah costa minimo 500€ (prezzi inizio 2021), ovvero una volta e mezzo il prezzo della AGM. Se la vogliamo di marca può arrivare a costare il triplo. Un anno fa erano impensabili batterie LFP da 100Ah a 500€, i prezzi stanno scendendo in fretta, e anche le marche più conosciute dovranno adeguarsi prima o poi. A parte il prezzo, non si possono usare se la loro temperatura è di 0 gradi o meno, e hanno bisogno di un dispositivo chiamato BMS che monitorizzi costantemente i voltaggi delle celle contenute al suo interno per mantenerle equilibrate e proteggerle da ricariche o scariche eccessivamente intense. Molte batterie lo includono al loro interno, e nella maggioranza dei casi il BMS include anche un sensore di temperatura che stacca la corrente quando va fuori dall’intervallo di funzionamento corretto.

Un altro problema è che il caricabatterie, il regolatore di tensione dei pannelli solari (se li avete) e l’inverter devono essere compatibili con questo tipo di batteria. Controllate sempre nei vari manuali se supportano le batterie LFP, in caso contrario il costo di “upgrade” alle batterie a litio sarebbe molto più alto perché dovreste sostituirli tutti. Questo ovviamente non succede se state costruendo il vostro sistema da zero, dovrete solo assicurarvi della compatibilità degli apparecchi che comprate.

Sinceramente, se dovessi costruire un sistema da zero oggi, userei batterie LFP, perché i vantaggi rispetto alle AGM/GEL sono troppi. Quattro anni fa quando progettai il mio camper purtroppo non era un’opzione fattibile per via del prezzo spropositato.

Collegare più batterie tra loro

Se colleghiamo due batterie uguali in parallelo (collegando i due poli positivi tra di loro cosí come i due poli negativi), otterremo una batteria con lo stesso voltaggio delle due, ma il doppio di capacità. Per esempio: collegando 2 batterie da 12V da 100Ah ottengo l’equivalente di una batteria a 12V da 200Ah.

Qualche consiglio per il collegamento in parallelo:

1. NON collegate tra loro batterie di marca, capacità o età diversa
2. NON collegate una batteria usata a una nuova
3. NON collegate più di due batterie in parallelo. Si può arrivare fino a tre, ma lo sconsiglio. Più batterie = più probabilità che si diano noia tra di loro = meno durata. Una piccola differenza dello stato di carica o della resistenza interna (semplicemente perché appartengono a due lotti di produzione differenti, ad esempio) con il tempo può avere ripercussioni sulla durata dell’insieme. Di fatto, se vi entra nel camper una batteria da 200Ah, meglio quella che due batterie da 100Ah in parallelo. Vi durerà di più.
4. I cavi che connettano i poli tra di loro devono essere della stessa lunghezza (e la più corta possibile) e sezione (abbastanza grossa, come abbiamo visto prima). Questo vale in generale anche per i cavi positivo e negativo che escono dalla batteria per andare all’inverter o a qualunque altro apparecchio: stessa lunghezza e stessa sezione.
5. Tirate fuori il polo positivo (dell’insieme) da una batteria e il negativo dall’altra. Equilibra un po’ di più il passaggio della corrente.

Se colleghiamo due batterie in serie (collegando il negativo di una al positivo dell’altra), otterremo una batteria con il doppio di capacità in watt-ora e il doppio di voltaggio. Per i pignoli del “la capacità totale in Ah non cambia!”: si, corretto, e non vi siete accorti che ho scritto watt-ora invece di ampere-ora. Per esempio, se colleghiamo due batterie da 100Ah a 12V in serie, otterremo una da 100Ah a 24V. 100Ah * 24V = 2400Wh, il doppio di 100Ah * 12V = 1200Wh.

Qualche consiglio per la connessione in serie:

1. NON collegate tra loro batterie di marca, capacità o età diversa.
2. NON collegate una batteria usata a una nuova.
3. Il cavo che collega tra loro le due batterie dev’essere il più corto possibile (mantenendo comunque un po’ di libertà per poter muovere la batteria).
4. Montate un Battery Balancer di Victron per mantenere le due batterie bilanciate durante la ricarica. Piccole differenze interne possono far si che una batteria assorba più energia dell’altra. Questa differenza alla lunga crea problemi, perché una batteria finisce per essere troppo carica e l’altra non arriva mai al 100%, riducendo così capacità totale e durata in termini di cicli di scarica-ricarica.
5. Per le batterie LFP, leggete bene le specifiche perché alcune non accettano la connessione in serie.

In qualunque caso, sia che abbiate montato una batteria singola che due in parallelo o in serie, installate sempre un fusibile grosso (tipo 250A) nel polo positivo di uscita, che protegga le vostre batterie in caso di cortocircuito, e un interruttore generale ad alto amperaggio che vi permetta di scollegarle facilmente e rapidamente da tutta l’installazione elettrica.

Esistono anche dispositivi come il Battery Protect di Victron che proteggono da sovravoltaggio e scariche eccessive: quando il voltaggio della batteria esce dall’intervallo di valori accettabili interrompe in modo automatico il passaggio della corrente, evitando che si danneggino irrimediabilmente. Noi l’abbiamo montato.

Un ultimo consiglio

Quando lasciate fermo il vostro furgone o camper per un periodo di tempo molto lungo, scollegate le batterie (con l’interruttore generale di cui parlavamo, se c’è, o scollegando i terminali). Questo vale anche per la batteria motore: se non avete un interruttore generale, scollegate il cavo del terminale negativo. Non importa se avete 10000 watt di pannelli solari e se lasciate spento praticamente tutto. C’è sempre un po’ di consumo, la batteria passerà dal 98% al 100% ogni giorno, e finirà per ridurre la sua capacità, meglio scollegarla. Questo si, dopo averla lasciata scollegata tre mesi vi consiglio di ricollegarla e ricaricarla al 100% con i vostri pannelli o con il caricabatterie. Tutte le batterie si scaricano lentamente in modo naturale, anche se non colleghiamo niente, e ogni tanto hanno bisogno di essere riportate al top anche se non le utilizziamo. Comunque sia in generale non è una buona idea lasciare un veicolo fermo a lungo, se ci fate un giro di almeno mezz’ora ogni mese vi risparmierete problemi di pneumatici, freni, liquidi etc.

Uno sguardo 10 anni nel futuro

Tra qualche anno incominceranno a diffondersi i furgoni elettrici. Già oggi ce n’è qualcuno, ma con batterie da un numero di kWh troppo basso, che non permette molta autonomia. Ma le cose cambiano in fretta, si stanno progettando già veicoli con batterie da 200kWh, e le stazioni di servizio elettriche si stanno diffondendo a macchia d’olio ovunque.

Che conseguenze avrà tutto questo nel mondo camper? Che potremo utilizzare la batteria del veicolo come batteria servizi e usarla per tutto: per cucinare con piastre a induzione, per riscaldare l’ambiente, per riscaldare l’acqua con un comune boiler, per alimentare il frigo etc. Non avrá molto senso neanche montare pannelli, se posso stare fermo due settimane senza dover ricaricare la batteria e se mi ci vuole mezz’ora per ricaricarla. Il futuro dei camper è tutto elettrico, ne sono sicuro.

Questo è tutto! Nel prossimo episodio: tutto sui pannelli solari, incluso una tecnica poco conosciuta per massimizzare la loro efficienza.