Guida alle batterie per carrelli elevatori e altri veicoli di movimentazione merci

I veicoli industriali elettrici, come carrelli elevatori e transpallet, dipendono da batterie per la loro alimentazione. A seconda del modello, possono essere equipaggiati con batterie agli ioni di litio, al piombo-acido (gel o AGM), al nichel-cadmio o al ferro-fosfato di litio. All’interno di queste batterie, l’energia elettrica viene convertita in energia chimica attraverso reazioni elettrochimiche irreversibili. Durante l’utilizzo del veicolo, questa energia chimica viene convertita nuovamente in energia elettrica per azionare i motori, sollevare i carichi e alimentare i circuiti elettrici.

È importante sottolineare che, dal punto di vista tecnico, il termine corretto per indicare le fonti di energia utilizzate nei veicoli industriali elettrici è “accumulatori” o “celle secondarie”. A differenza delle “batterie” (o “celle primarie”), gli accumulatori sono progettati per essere ricaricati multiple volte, consentendo un utilizzo prolungato del veicolo. Le batterie primarie, invece, forniscono energia una sola volta e non possono essere ricaricate. Tuttavia, nell’uso comune, il termine “batteria” è ampiamente utilizzato anche per indicare gli accumulatori impiegati nei carrelli elevatori e nei transpallet.

In questo contesto, ci riferiremo a questi dispositivi come “batterie” per facilitare la comprensione da parte del lettore. Nei prossimi paragrafi, approfondiremo le caratteristiche e le prestazioni delle diverse tecnologie di batterie utilizzate nei veicoli industriali elettrici.

Batterie per carrelli elevatori: costruzione e funzionamento 

Le batterie per i transpallet e i carrelli elevatori elettrici sono tecnicamente denominate elementi galvanici. Al loro interno, materiali conduttivi vengono separati fisicamente per creare una differenza di potenziale elettrico. La batteria è composta da più celle elettriche collegate in serie o in parallelo, a seconda delle specifiche esigenze di tensione e capacità. Ogni singola cella è costituita da: 

• Catodo: il polo positivo della cella, generalmente composto da un ossido metallico che ha acquisito una carica negativa.
• Anodo: il polo negativo della cella, costituito da un materiale metallico con una carica positiva.
• Elettrolita: una sostanza ionica (liquida o gelatinosa) che permette il movimento degli ioni tra il catodo e l’anodo, chiudendo così il circuito elettrico all’interno della cella.
• Separatore: una membrana porosa che separa fisicamente il catodo dall’anodo, impedendo un contatto diretto che causerebbe una reazione chimica incontrollata e il cortocircuito della cella.

Durante lo scarico della batteria, ad esempio quando si solleva il montante di un carrello elevatore, si verificano reazioni chimiche all’interno della cella che causano un flusso di elettroni dal catodo verso l’anodo. Questo movimento di cariche elettriche genera la corrente necessaria ad alimentare il motore del carrello. L’elettrolita, una soluzione ionica, permette il passaggio degli ioni tra i due elettrodi, ma è trattenuto da un separatore poroso che impedisce un contatto diretto e dannoso tra catodo e anodo. Man mano che la batteria si scarica, la concentrazione degli ioni nell’elettrolita diminuisce, provocando una riduzione della tensione ai capi della cella.

Per ricaricare la batteria è necessaria una corrente continua. Il caricabatterie preleva la corrente alternata dalla rete elettrica e la converte in corrente continua alla tensione e alla corrente corrette per la batteria in questione. Durante la ricarica, si induce un processo simile all’elettrolisi, ma in senso inverso: viene applicata una tensione esterna che forza gli elettroni a muoversi in direzione opposta, invertendo le reazioni chimiche all’interno della cella. In questo modo, gli elettroni tornano dal catodo all’anodo, ripristinando lo stato iniziale della batteria.

Per ottenere la tensione e la capacità desiderate, le batterie per carrelli elevatori sono solitamente collegate in serie. Questa configurazione permette di sommare le tensioni individuali di ciascuna cella, raggiungendo così la tensione nominale richiesta per alimentare il veicolo.

Batterie per carrelli elevatori: la potenza per i veicoli industriali

Le batterie per carrelli elevatori sono progettate specificamente per fornire energia continua e duratura ai veicoli industriali, come transpallet e carrelli elevatori elettrici. A differenza delle comuni batterie di avviamento, utilizzate principalmente per fornire impulsi di potenza elevata in un breve lasso di tempo (come nell’avviamento di un motore a combustione), le batterie per carrelli elevatori sono ottimizzate per cicli di carica e scarica ripetuti e prolungati.

La struttura interna di una batteria per carrelli elevatori è caratterizzata da piastre sovrapposte, spesso rivestite in materiali che ne aumentano la resistenza e la durata. Questo design consente un maggior numero di cicli di carica, ovvero il numero di volte che la batteria può essere ricaricata prima di deteriorarsi.

Le singole celle che compongono la batteria sono collegate in serie, in modo da sommarne le tensioni nominali (tipicamente 2 Volt per cella). Ad esempio, una batteria da 48 Volt è composta da 24 celle collegate in serie. La capacità della batteria, espressa in ampere-ora (Ah), indica la quantità di energia che può fornire prima di esaurirsi. Il numero di piastre all’interno di una cella influisce direttamente sulla sua capacità.

Nel breve video che segue illustriamo le ultime innovazioni nel campo delle batterie per carrelli elevatori. Confronteremo le batterie agli ioni di litio con le batterie al piombo-acido, analizzando le caratteristiche, i vantaggi e gli svantaggi di ciascuna tecnologia: 

Confronto tra le diverse tipologie di batterie per carrelli elevatori

L’evoluzione tecnologica ha portato alla nascita di diverse soluzioni per alimentare i carrelli elevatori, ognuna con caratteristiche specifiche e adatta a esigenze diverse. Le batterie al piombo-acido, al piombo gel e agli ioni di litio sono le più comuni. Nei prossimi paragrafi confronteremo nel dettaglio i principi di funzionamento, i vantaggi, gli svantaggi e le necessità di riparazione e manutenzione di ciascuna tecnologia, guidandoti nella scelta della soluzione più adatta alle tue esigenze operative.

Batterie al piombo-acido: potenza affidabile per la movimentazione industriale

Le batterie al piombo-acido offrono un buon equilibrio tra costo e prestazioni, e per questo risultano una scelta economica per molte applicazioni. Tuttavia, la loro tecnologia, basata su una reazione elettrochimica tra piombo e acido solforico, presenta alcuni limiti intrinseci, come i tempi di ricarica più lunghi e la necessità di una manutenzione periodica. Queste caratteristiche le rendono meno adatte ad applicazioni che richiedono elevate prestazioni e flessibilità operativa.

La principale criticità delle batterie al piombo-acido risiede nella necessità di una manutenzione periodica. Durante i cicli di carica e scarica, avviene un processo di elettrolisi che porta all’evaporazione dell’acqua distillata contenuta nell’elettrolito. Di conseguenza, è fondamentale controllare regolarmente il livello dell’elettrolito e rabboccarlo con acqua demineralizzata per evitare danni alla batteria. Un altro aspetto sfavorevole è legato alla formazione di gas durante la carica, principalmente idrogeno e ossigeno. Questa gasificazione, se non gestita correttamente, può portare alla formazione di strati di solfato di piombo sulle piastre, riducendo l’efficienza della batteria e accorciandone la vita utile. Inoltre, l’accumulo di gas all’interno della batteria può creare un rischio di esplosione in ambienti non ventilati. Per mitigare questi inconvenienti, sono state sviluppate batterie al piombo-acido con gel, nelle quali l’elettrolito è immobilizzato in un materiale assorbente. Queste soluzioni, pur riducendo la necessità di manutenzione, non eliminano completamente i problemi legati alla solfatazione e alla gasificazione.

In conclusione, le batterie al piombo-acido, pur essendo una tecnologia consolidata e a basso costo, presentano alcuni limiti in termini di manutenzione, efficienza e sicurezza. La loro applicazione risulta ottimale in contesti dove i cicli di lavoro sono relativamente brevi e le esigenze di performance non sono particolarmente elevate. Tuttavia, nei sistemi di logistica di magazzino ad alta intensità e che possono contare sull’uso di carrelli elevatori e transpallet elettrici, vale la pena optare per le più performanti batterie al litio, come verrà spiegato più avanti.

Batterie al piombo gel: prestazioni elevate e manutenzione minima 

Le batterie al piombo-acido di tipo gel e AGM (Absorbent Glass Mat) rappresentano una significativa evoluzione tecnologica rispetto alle tradizionali batterie al piombo-acido. Entrambe le tipologie sono caratterizzate da una struttura ermetica che impedisce la fuoriuscita di gas e la conseguente necessità di rabbocchi d’acqua. L’elettrolita, in queste batterie, non è in forma liquida ma viene immobilizzato: nelle batterie al gel tramite l’aggiunta di silice, mentre nelle AGM è assorbito da un separatore in fibra di vetro. Questa configurazione consente una maggiore sicurezza operativa e una riduzione dei fenomeni di solfatazione, prolungando la vita utile della batteria. Per contro, la capacità di scarica profonda risulta leggermente inferiore rispetto alle batterie al piombo-acido tradizionali, al massimo al 60 % della sua capacità nominale (rispetto all’80 % delle batterie con elettrolita in stato liquido). 

Batterie agli ioni di litio: soluzione ideale per l’operatività su più turni

Le batterie agli ioni di litio rappresentano la nuova frontiera energetica per carrelli elevatori e transpallet elettrici, poiché offrono una combinazione di prestazioni elevate e compattezza. Grazie all’elevata densità energetica, sono in grado di fornire correnti intense in una struttura ridotta. Il funzionamento di una batteria al litio si basa sul movimento degli ioni attraverso l’elettrolita o l’anodo polimerico, tra un elettrodo positivo in ossido di metallo e uno negativo in grafite, che sono separati da strati di tessuto non tessuto o polimero. I principali vantaggi della tecnologia agli ioni di litio includono:

• Assenza di effetto memoria: le batterie mantengono la capacità di ricarica ottimale senza perdite significative.
• Maggiore longevità: durano più a lungo rispetto alle tradizionali batterie piombo-acido.
• Flessibilità di ricarica: possono essere ricaricate in qualsiasi momento senza danneggiare la batteria.
• Tempi di ricarica ridotti: ideale per l’uso su più turni, particolarmente in contesti aziendali intensivi.
• Elevato recupero energetico: l’energia viene recuperata efficacemente in fase di frenata, riducendo la necessità di frequenti ricariche.

Tuttavia, è importante considerare che le batterie agli ioni di litio sono più sensibili alle variazioni di temperatura e, per questo, sono particolarmente adatte per l’utilizzo in ambienti interni. Nonostante un costo iniziale più elevato rispetto alle batterie piombo-acido, le batterie agli ioni di litio offrono un livello di prestazioni e versatilità che le rende tra le soluzioni più avanzate per i mezzi di movimentazione merci.

Scegliere la giusta tecnologia di batterie per i tuoi veicoli aziendali 

La scelta della tecnologia delle batterie per i carrelli elevatori influenza significativamente la durata nel tempo del veicolo e la frequenza delle riparazioni dei carrelli elevatori. Le batterie agli ioni di litio, grazie alla loro elevata densità energetica e alla possibilità di effettuare ricariche rapide e frequenti, rappresentano la soluzione ideale per applicazioni intensive e continuative, come quelle tipiche dell’intralogistica. Tuttavia, per utilizzi meno gravosi, le batterie al piombo-acido o al piombo-gel possono offrire un buon compromesso tra prestazioni e costo. 

Per rapido confronto delle differenze tra queste tecnologie, di seguito è riportata una tabella comparativa che riassume le principali caratteristiche di ciascuna tipologia:

Tutte le tipologie di batterie prevedono un certo grado di competenza per la gestione, la manutenzio-ne, la conservazione e lo smaltimento, così come anche di apposite dotazioni come, ad esempio, gli armadi per materiali pericolosi. Inoltre, le operazioni che includono l’uso di questi tipi di batterie devo-no essere effettuate esclusivamente da personale adeguatamente formato, così da evitare pericoli per la salute dei lavoratori e danni materiali.

Domande frequenti sulle batterie per carrelli elevatori

Fonte dell’immagine:
© gettyimages.de – vgajic