Conviene mettere batterie al Litio in barca o sul camper?

6 January 2020 - autore

Batterie al Piombo o Batterie al Litio?

Fino a circa un anno fa ero piuttosto scettico rispetto alla convenienza delle batterie al Litio-Ferrofosfato (LiFePO4) rispetto alle tradizionali batterie al Piombo-Acido di buona qualità(siano esse ad elettrolita liquido, AGM o Gel).
Poi però la mia solita curiosità mi ha spinto ad approfondire alcuni aspetti ed oggi devo confessarvi che se dovessi cambiare le batterie, molto probabilmente passerei al Litio.
Per carità, ho installato circa due anni fa due batterie AGM di buona qualità da 220 Ah ciascuna, quindi un totale di 440 Ah, che per le mie esigenze sono più che adeguate e spero vivamente che durino almeno altri 4-5 anni, visto e considerato che le tratto benissimo.
Infatti i pannelli solari mi danno un grande contributo energetico, tale per cui la tensione delle batterie raramente scende sotto i 12,4 Volt e questo, per chi già non lo sapesse, è il modo migliore per far durare molto le batterie al Piombo.
Infatti il problema delle batterie, di tutte le batterie ma specialmente quelle al Piombo usate comunemente a bordo dei nostri mezzi, è che la loro durata diminuisce quanto più vengono scaricate a fondo.
Tuttavia le batterie al Litio sono davvero anni luce avanti, tanto che ho valutato che quando sarà il momento, le mie attuali verranno rimpiazzate da 200 Ah al Litio, e questo sarà comunque più che sufficiente a rimpiazzare l'attuale capienza di 440 Ah.
Ma andiamo per gradi.
Inizierò a farvi l'elenco dei vantaggi delle batterie al Litio (stiamo parlando di Litio-Ferrofosfato o LiFePO4) rispetto alle batterie al Piombo.

  • Resistenza molto maggiore ai cicli di carica e scarica: circa 10 volte di più
  • Maggiore densità energetica (risparmio di peso e di spazio)
  • Maggiore stabilità di tensione
  • Coefficiente di Peukert molto vicino a 1, che significa possibilità di erogare correnti molto elevate per lunghi periodi di tempo, senza riduzione di capacità  (spiegazione più avanti)
  • Possono essere caricate con correnti molto elevate, il che significa che si ricaricano in brevissimo tempo (da 0 a 100% teoricamente in un'ora)
  • Maggiore efficienza energetica per ogni ciclo di scarica/carica
  • Nessun problema di solfatazione o perdita di capacità se non vengono caricate al 100%
  • Minore autoscarica

 

Se siete pigri potete pure smettere di leggere qui, oppure potete guardarvi il video che ho pubblicato su Youtube (in fondo a questo articolo)
Se invece ho stuzzicato la vostra curiosità e volete andare più a fondo, ora vi spiegherò in dettaglio ciascuno dei punti precedenti (ma poi guardate lo stesso il video, mi raccomando)

 

Resistenza ai cicli di carica e scarica

Non finirò mai di ripeterlo: la durata delle batterie non si misura in anni, ma in numero di cicli di scarica/carica e sarà tanto più breve quanto più profondamente verranno scaricate ad ogni ciclo
dod

Una buona batteria al Piombo, progettata per ciclare (escludiamo quindi le batterie da avviamento) può eseguire 400 cicli ad una profondità di scarica (Depth Of Discharge, o DOD) del 80%, oppure 1000 cicli ad una DOD del 50%, o 2000 cicli ad una DOD del 30% (valori indicativi).
Considerate anche che, nel caso di batterie economiche adatte solo all'avviamento dei motori a scoppio, questi numeri sono estremamente peggiori, infatti se queste vengono scaricate completamente anche solo una o due volte, saranno compromesse irrimediabilmente.
Per questo motivo, se volete che durino qualche anno, sarebbe meglio evitare di scaricare le batterie al Piombo oltre il 50%


Le batterie al Litio Ferrofosfato sopportano invece circa 2000 cicli anche se vengono scaricate quasi completamente (DOD del 90-100%). Questo numero sale in modo non lineare, per cui già con una DOD del 80% si arriva anche a 4000-5000 cicli e con DOD del 30% si superano i 10000 cicli.
Lithium-Iron-Phosphate-battery-cells-768x456

Capite subito che una batteria al Litio-Ferrofosfato, a parità di condizioni di utilizzo, è destinata a durare anche 10 volte più di una ottima batteria al Piombo-acido. In alternativa, potete decidere di farla durare "solo" tre o quattro volte tanto, ma installare la metà della capacità ciclando più a fondo.

 

Maggiore densità energetica

Cos'è la cosiddetta densità energetica? E' la quantità di energia che può essere immagazzinata in un certo volume di batteria. Detta in parole povere, significa che le batterie al Litio LiFePO4, a parità di capienza, sono più piccole e pesano meno di quelle al Piombo.
Esempio, dati ala mano: una batteria al Piombo da 100 Ah pesa 30 kg e occupa un volume di circa 13 litri. La stessa batteria LiFePO4 da 100 Ah pesa 13 kg per un volume di soli 8 litri.
Dunque, un altro beneficio delle batterie al Litio sarà sicuramente il risparmio di peso e di spazio. Le mie 2 batterie attuali hanno una capacità di 240 Ah totali e pesano complessivamente 120 kg. Potrei mettere al loro posto 2 batterie da 200 Ah al Litio e risparmierei 60 kg di peso ed un bel po' di spazio.
Ma per i motivi elencati al punto precedente, potrei anche mettere solo 200 Ah di Litio scaricandole più a fondo senza timore di rovinarle, ed in tal caso risparmierei almeno 90 kg, passando da 120 a soli 25-30 kg e liberando spazio in quantità.
Le batterie al Litio sono anche indicate nei casi in cui le batterie installate non siano sufficienti, ma non ci sia più spazio per installarne altre. Sostituendo le attuali batterie al Piombo con quelle al Litio si avrebbe maggiore energia fruibile pur avendo la stessa capacità nominale, oppure si potrebbe installare anche una capacità maggiore, poiché il Litio occupa meno spazio.

 

Maggiore stabilità di tensione

Anche questa è una caratteristica importante delle batterie al Litio. Qualsiasi batteria diminuisce la tensione (i Volt) mano a mano che si scarica, ma le batterie al Litio lo fanno in misura molto minore.
Una batteria al Piombo quando è carica al 100% ha una tensione di 12,8 Volt che scende a 10,8 Volt quando è completamente scarica.

 
Stabilità di tensione

 

Una batteria al Litio-Ferrofosfato ha una tensione a piena carica di circa 13,5 Volt, che scende abbastanza presto a 13 Volt, per poi stabilizzarsi intorno a questo valore fino a quando la carica scende al 20% ed allora la tensione raggiungerà i 12,8 Volt. Dunque meno di 1 Volt di escursione, contro i quasi 3 Volt di una batteria al Piombo.
Ma non solo: la tensione di una batteria al Piombo subisce un crollo quando viene costretta ad erogare una corrente elevata, pari o superiore al 20% della sua capacità (per esempio 20 Ampere per una batteria da 100 Ah) e questo calo è ancor più marcato se la batteria è parzialmente scarica, oppure vecchia. Con il Litio questo non succede, o succede in misura nettamente minore.
Le cadute di tensione non piacciono ai dispositivi elettrici ed elettronici che abbiamo a bordo, quindi il passaggio al Litio migliorerà il loro funzionamento di sicuro.

 

Coefficiente di Peukert quasi uguale a 1

Qui si va nel tecnico e non voglio annoiarvi.
Vi basti sapere che la capacità effettiva di una batteria diminuisce all'aumentare della intensità di corrente che questa eroga.
La capacità nominale di una batteria al Piombo, proprio per questo motivo, in genere viene calcolata supponendo di sottoporla ad una scarica con corrente costante per un periodo di 20 ore (sulle schede tecniche si parla di scarica C20). In altre parole la corrente di scarica sarà del 5% rispetto alla capacità della batteria: 5 Ampere per una batteria di 100 Ah. Infatti 5 Ampere x 20 ore fa proprio 100 Ah.
Se la corrente di scarica è superiore a questo valore, la capacità diminuisce. E per le batterie al Piombo la diminuzione è tutt'altro che trascurabile. Per esempio, se ad una batteria da 100 Ah richiediamo una corrente di 50 Ampere, potremmo aspettarci che la batteria si scarichi completamente in 2 ore (50 Ampere x 2 ore fa appunto 100 Ah), invece scopriremo che dopo appena un'ora sarà già completamente scarica.
Questo è un problema noto e molto antipatico delle batterie al Piombo, che le batterie al Litio invece non presentano; nelle condizioni dell'esempio precedente, una batteria al Litio da 100 Ah avrebbe potuto erogare 50 Ampere per 2 ore filate.
Ecco il motivo per cui queste ultime sono particolarmente adatte ad essere utilizzate per il funzionamento di apparecchiature che richiedono molta potenza. Per esempio verricelli elettrici, macchinette del caffè espresso (eheheheh, lo so che stavate pensando proprio a quello), ecc. ecc.
Anche perché le batterie al Litio non soffrono particolarmente nemmeno quando vengono sottoposte a scariche con correnti elevate e continue anche superiori al 100%-200% della loro capacità (quindi 100 o 200 Ampere per una batteria da 100 Ah). Pensate un po' alle auto elettriche, di cui si sta parlando moltissimo (anche troppo) in questi ultimi mesi: queste devono erogare potenze elevatissime in fase di accelerazione e tutta questa potenza non si potrebbe ottenere da batterie al Piombo.
E' noto il caso di barche a vela in cui l'installazione di batterie al Litio ha permesso di sostituire la tradizionale cucina a gas con una ad induzione!
Questo discorso si collega al prossimo punto, e cioè:

 

Maggiore corrente di ricarica

Le batterie al Litio possono accettare correnti di carica molto elevate, che possono arrivare fino al 100% della capacità (quindi 100 Ampere per una batteria da 100 Ah) e dunque teoricamente potrebbero essere caricate completamente da 0 a 100% in circa un'ora, avendo un caricabatterie con potenza sufficiente.
Per contro, una batteria al Piombo può accettare correnti di ricarica che si aggirano intorno al 15% della capacità. Si arriva al 20% per le batterie migliori (le AGM solitamente possono raggiungere questi valori), tuttavia la carica con correnti maggiori porterà al loro deterioramento prematuro.
Caricare completamente una batteria al Piombo richiede dunque un periodo di tempo parecchio lungo, che spesso supera le 12 ore anche perché la fase finale della carica, quella cioè che va dal 80% al 100%, è estremamente lenta. Deve essere infatti eseguita a tensione costante, e dunque la corrente di carica diminuirà progressivamente (ecco perché si allungano i tempi) fino a scendere quasi a zero.

 

Maggiore efficienza energetica (95% LiFePO4 contro 80% Piombo)

A causa della sua resistenza elettrica interna relativamente elevata, la batteria al Piombo presenta un'efficienza abbastanza bassa nella fase di scarica/carica. Significa che essa non restituirà tutta l'energia che gli viene somministrata durante la carica, ma ne sprecherà una parte convertendola soprattutto in calore.
In pratica, se prendiamo una batteria completamente scarica, la carichiamo al 100% e successivamente la scarichiamo, otterremo indietro una quantità di energia pari a circa l'80% di quella che gli abbiamo fornito durante la fase di carica.
Questa inefficienza si manifesta in misura molto maggiore quando la batteria è quasi completamente carica, cioè fra l'80% ed il 100%. In questo range l'efficienza cala addirittura al 50-60%. Significa che quasi la metà dell'energia che forniamo alla batteria in questa fase verrà sprecata.
Peccato che questo sia anche il range in cui solitamente le batterie vengono utilizzate. Raramente, infatti, faremo scendere sotto il 50% una batteria al Piombo, se vogliamo farla durare a lungo.
Se avete dei pannelli solari, quindi, dovete sapere che una gran parte dell'energia prodotta quotidianamente dai vostri preziosissimi (e costosi) pannelli verrà sprecata.
Anche questa volta il Litio vince alla grande. Infatti le batterie al Litio hanno un'efficienza del 95% e anche più. E soprattutto questa rimane costante anche quando la batteria è prossima alla carica completa.
Questo significa che i vostri pannelli solari riusciranno a caricare completamente le vostre batterie in un tempo inferiore.

 

Non si rovinano se lasciate parzialmente scariche.

(Anzi, durano di più!)
Altro problemino delle batterie al Piombo, che forse non tutti conoscono, è proprio il fatto che se non vengono ricaricate prontamente in modo completo (al 100%), si rovinano.
In condizioni di batteria parzialmente scarica, infatti, si verificano dei processi chimici che portano alla solfatazione delle piastre di piombo, cioè si deposita uno strato di ossido che impedisce le reazioni elettrochimiche necessarie per l'accumulo di energia. In altre parole, si riduce (anche notevolmente) la loro capacità.
Questo in effetti è uno dei problemi più gravi che affliggono le batterie al Piombo e sapete perché? Perché non riuscirete mai a mantenerle sempre cariche al 100%. Nemmeno quando accendete il motore per ore, a causa dei regolatori di tensione degli alternatori che non sono quasi mai progettati per caricare a fondo le batterie, oppure a causa delle cadute di tensione che avete sulla linea dall'alternatore (o caricabatterie) alle batterie stesse, provocate da cavi troppo sottili o troppo lunghi, o da ossidazioni sulle connessioni o, come se non bastasse, da eventuali ripartitori di carica a diodi installati per caricare banco servizi e batteria per l'avviamento (se questo discorso interessa posso affrontarlo in un successivo articolo. Fatemi sapere)
Come se tutto ciò non bastasse, dovete anche considerare che una batteria si scarica anche se non utilizzata. Nel caso specifico, una batteria al Piombo scollegata completamente dall'impianto elettrico andrà incontro ad un processo cosiddetto di "autoscarica" di circa il 3-5% al mese. Quindi se la caricate completamente, la staccate e la lasciate lì per 6 mesi, quando tornerete la troverete al 60% o 70% e probabilmente non sarà più la batteria di prima, poiché avrà perso una parte della sua capacità iniziale per la solfatazione delle piastre.
Le batterie al Litio vincono su entrambi i fronti (ci avreste scommesso, vero?)
Infatti non solo non hanno problemi se vengono lasciate per lunghi periodi parzialmente scariche, ma addirittura preferiscono rimanere in questo stato. Se volete allungargli la vita, infatti, è preferibile non lasciarle mai completamente cariche per lunghi periodi di tempo!
Oltre a ciò, la loro autoscarica è estremamente bassa: intorno al 1% o massimo 1,5% al mese.
Dunque se le lasciate al 80%, dopo 6 mesi le ritroverete poco più scariche, ma felicissime di immagazzinare ancora per voi moltissimi chilowattora di energia.

 

Prezzi:

Una batteria al Piombo da 100 Ah di buona qualità si compra oggi a partire da 250 euro in su (sì, lo so che ora mi direte "io la mia l'ho pagata 100 euro", ma io sto parlando di batterie progettate per ciclare, non di batterie da avviamento, che nell'uso ciclico durano al massimo un paio d'anni, se avete fortuna)
Una batteria al Litio-Ferrofosfato da 100 Ah costa da 800 a 1300 euro (nel prossimo articolo cercheremo di analizzare le differenze tra una batteria economica ed una più costosa), il che significa circa 4 volte tanto.

 

Conclusioni:

Vale la pena?
Se analizziamo soltanto l'aspetto economico, l'investimento si ripaga nel medio-lungo termine.
Considerate anche il fatto che, a parità di energia erogabile, potrete probabilmente installare la metà della capacità attuale, dunque l'investimento iniziale non è il quadruplo, ma "soltanto" il doppio rispetto all'acquisto di buone batterie al Piombo.
Le mie attuali Vetus AGM da 440 Ah totali costano circa 1000 euro e le sostituirei con 200 Ah totali di Litio, per un costo di circa 2500 euro. Questo è il calcolo che dovete fare, a meno che non vogliate disporre di una maggior quantità di energia rispetto all'attuale.
Dai conti che ho fatto io, considerando la vita utile di una buona batteria al Piombo e una qualsiasi batteria LiFePO4, il costo per ogni kWh di energia immagazzinata e restituita è di circa 60 centesimi per la batteria al piombo e 40 centesimi per quella al Litio.
E tutto questo senza considerare gli altri vantaggi elencati in precedenza.
Certo che i soldi bisogna anticiparli tutti e subito, ma se questo non pesa troppo sulle vostre finanze, alla lunga ci guadagnerete.
Piuttosto, prima di fare questa spesa, assicuratevi che il vostro attuale impianto elettrico possa accogliere le nuove batterie al Litio senza dover modificare o aggiungere nulla, il che non è così scontato.

Potete leggere la seconda puntata di questo articolo cliccando qui
Intanto, se ne avete la necessità, potete contattarmi per qualche consiglio.
E naturalmente non mancate di dare un'occhiata al video qui sotto e di iscrivervi al canale Youtube e alla newsletter del Blog Della Vela in modo da non perdervi i prossimi video e i prossimi articoli.

Se invece dovete comprare delle batterie al Litio, potete anche guardare le Victron Energy sul sito di negozioequo.com

 

Stay tuned!


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Comments

Accetto tutto quanto hai scritto, ma devo dissentire, le mie batterie Exide da 180 ah del 2013 pagate € 190 Ciascuna, non sono un caso isolato di durata. Ho fatto vacanze in rada con barca a motore senza alcun problema. Trovo esagerato un costo del genere. Saluti Alberto

alberto   January 6. 2020 21:14

Alberto, avevo anch'io le Exide. Purtroppo mi sono durate esattamente 2 anni e mezzo, poi una è morta completamente una notte di gennaio in rada, lasciandomi al freddo (il wrbasto si è spento).
Hanno sempre ciclato poco, mai sotto i 12 4 Volt.
D'accordo, può essere stato un caso isolato il mio, però le schede tecniche sono quelle che contano. Dati alla mano, leggendole, potrai renderti conto delle differenze tra batterie da avviamento e batterie progettate per ciclare. Tra le stesse batterie al piombo, nate per scopi diversi, ci sono differenze enormi.
Un saluto

Roberto Minoia   January 7. 2020 07:54

Comunque anch'io sono d'accordo che il prezzo delle batterie al litio oggi sia esagerato.
Probabilmente scenderà nei prossimi 5 anni, se la produzione aumenta. È la solita legge dei prezzi, tipica dei prodotti ad alto contenuto tecnologico al loro esordio

Roberto Minoia   January 7. 2020 07:58

Articolo molto interessante, grazie!
Approfitto per chiederti alcune delucidazioni.
I tempi di ricarica si riducono anche con l'alternatore?
Volendo avere una capacità di circa 200 Ah, posto che lo spazio disponibile c'è, conviene installare 3 batterie da 60 Ah, 2 da 100 Ah o 1 da 200 Ah?
Potrei avere le dimensioni e i pesi delle batterie Victron?
Ho capito bene: per il motore non è il caso di prendere in considerazione l'uso di batterie al litio?
Ti ringrazio e saluto,
Andrea

Andrea Lupieri   January 7. 2020 15:59

Andrea,
certamente, i tempi si riducono anche con l'alternatore in quanto la corrente inviata in batteria sarà sempre maggiore.
Non so se hai mai notato, ma ora il tuo alternatore, quando le batterie sono all'80% o più, eroga una quantità di corrente irrisoria rispetto alle sue potenzialità.
Questo con le batterie al Litio non avviene.
Anzi, il pericolo è proprio di fare surriscaldare l'alternatore.
Ma di questo parlerò specificatamente nel prossimo articolo. Seguimi Wink

Roberto Minoia   January 7. 2020 18:43

Ti seguirò senz'altro. E spero che nel prossimo articolo venga trattato anche l'argomento "una sola batteria ad alta capacità o più batterie a minore capacità collegate in serie?".
Grazie, ciao,
Andrea

Andrea   January 8. 2020 16:43

Sono un camperista e forse sono fuori luogo qui, però volendo accogliere il tuo invito a fare richieste di approfondimenti, Ti chiederei se sia possibile inviarti una serie di appunti da me scritti riguardo all'implementazione del mio impianto elettrico sul camper. Tali appunti corredati di foto sono un po' pesanti come dimensioni, perciò Ti chiedo se sia possibile avere un indirizzo mail a cui inviare. Grazie!

Paolo   February 18. 2020 18:37

Ciao Paolo, non sei affatto fuori luogo.
Manda pure al mio indirizzo email. Puoi contattarmi dal Blog
Ciao

Roberto Minoia   February 18. 2020 19:07

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