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

I veicoli industriali elettrici, come carrelli elevatori e transpallet elettrici, 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 reversibili. 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 elettrici.

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 stoccatori elettrici sono tecnicamente denominate elementi galvanici. Al loro interno, i poli 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 positiva.
• Anodo: il polo negativo della cella, costituito da un materiale metallico con una carica negativa.
• 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 verifica un flusso di elettroni dall’anodo verso il catodo. 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. Nel caricabatterie, 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 ioni 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 di avviamento per carrelli elevatori

La tecnologia delle batterie per carrelli elevatori elettrici sopra descritta è nota anche come batteria di trazione. Questa si differenzia dalle batterie di avviamento convenzionali utilizzate principalmente nelle autovetture o anche nei carrelli elevatori con motore a combustione: le batterie di avviamento sono progettate prevalentemente per l’erogazione a breve termine di un’elevata quantità di corrente, per avviare il motore a combustione di un’automobile o di un carrello elevatore diesel.

Le batterie di trazione, invece, sono costruite specificamente come tecnologia per carrelli elevatori e mezzi di movimentazione: in questa tecnologia delle batterie, nota anche come batteria a piastre corazzate, ogni cella è costruita a strati in piastre. La piastra positiva è corazzata con tessuto di vetro. Questa costruzione aumenta la stabilità meccanica delle celle e quindi la resistenza ai cicli, ovvero il numero di ricariche possibili.

Il principio si basa sulle file di singole celle della batteria collegate in serie. Poiché ogni cella ha una tensione nominale di 2 volt, le tensioni si sommano nel collegamento in serie delle celle. Così, ad esempio, per un transpallet elettrico composto da 24 celle da 2 volt si ottiene una tensione di esercizio di 48 V. I tipi di celle dipendono dal numero di piastre presenti in una cella. La capacità della batteria è indicata in ampere-ora (Ah).

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: 

Batterie al piombo-acido per carrelli elevatori e transpallet elettrici

In una batteria al piombo-acido, l’anodo è costituito da piombo e il catodo da ossido di piombo. Come elettrolita viene utilizzato acido solforico diluito con acqua distillata. Le batterie al piombo continuano ad essere molto efficienti e, rispetto alle batterie agli ioni di litio, hanno un costo di acquisto notevolmente inferiore.

A causa dei tempi di ricarica relativamente lunghi e della bassa densità energetica, sono ideali soprattutto nei sistemi a 1 turno e per i carrelli elevatori che vengono utilizzati solo occasionalmente. Se i transpallet o i carrelli elevatori elettrici vengono utilizzati in sistemi di stoccaggio ad alte prestazioni, vale comunque la pena utilizzare le batterie al nichel-cadmio o agli ioni di litio, più potenti.

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.

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 al nichel-cadmio: più potenti e più facili da usare

Le batterie al nichel-cadmio (Ni-Cd) sono più potenti e più facili da usare rispetto alle batterie al piombo-acido. In questo caso viene utilizzata la potassa caustica come elettrolita. Nel complesso, la stabilità delle celle di questa tecnologia di batterie per carrelli elevatori e transpallet elettrici è superiore a quella delle batterie al piombo: l’autoscarica è minima. Inoltre, vengono generate correnti di carica e scarica più elevate. Le batterie sono inoltre adatte per ricariche intermedie e quindi ideali per l’uso in carrelli elevatori in sistemi multi-turno. A differenza delle batterie agli ioni di litio, le batterie Ni-Cd sono anche molto meno sensibili alla temperatura e funzionano senza guasti in intervalli di temperatura compresi tra -40° e +50° Celsius.

Il temuto effetto memoria, che causa una riduzione della capacità della batteria nel lungo periodo a causa di ripetute scariche parziali o ricariche, è presente solo nelle precedenti generazioni di batterie al nichel-cadmio. Le moderne varianti della tecnologia delle batterie per carrelli elevatori subiscono questo effetto solo in modo limitato, quindi non è più necessario scaricare completamente la batteria prima di ogni ciclo di ricarica.

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 tecnologia delle batterie da utilizzare per i tuoi carrelli elevatori o transpallet dipende in larga misura dall’uso previsto dei mezzi di movimentazione: per l’impiego in un sistema intralogistico ad alte prestazioni, le tecnologie delle batterie come le batterie agli ioni di litio o le batterie al nichel-cadmio sono la scelta migliore. Se l’utilizzo dei carrelli industriali nella tua azienda ha un ruolo secondario, le batterie al piombo-acido o al piombo-gel sono un’opzione economica e del tutto sufficiente come batterie di avviamento.

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 manutenzione, 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 devono 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

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