Ho deciso di costruire un "pacco batterie" con accumulatori ricaricabili, capace di erogare la potenza necessaria per tutta la durata di un contest field-day, a tensione costante di 13,8 V. Questo valore è ben noto nell'uso fisso, garantito dall'alimentatore stabilizzato presente nella stazione; nell'impiego campale, il ricetrasmettitore è invece solitamente alimentato dai "12 V" di un accumulatore al piombo acido.

A circuito aperto e carica, una cella di accumulatore al piombo presenta una tensione di 2,15 V: quindi un monoblocco da 6 celle (per 12 V nominali) fornisce ai morsetti 12,9 V: questa è l'alimentazione che normalmente applichiamo alla nostra radio, prima di iniziare un contest field-day. Dopo una scarica non troppo profonda, diciamo a 1,75 V/cella, la batteria eroga 10,5 V: un valore di tensione minore del range di funzionamento della radio.

Se andiamo a leggere il manuale di un ricetrasmettitore per uso veicolare, notiamo che è specificato per funzionare a 13,8 V +/- 15%, cioè da 11,7 a 15,8 V: questo è il range nel quale la radio fornirà la potenza dichiarata e non subirà danni dovuti a fluttuazioni. Infatti, in un'auto l'impianto elettrico è dimensionato per funzionare a una tensione compresa tra 13,5 e 15 V, che il regolatore, posto a valle dell'alternatore, fornisce alla batteria, per mantenerla in carica mentre il motore è acceso, che è la condizione di utilizzo del mezzo.

Avevo inizialmente preso in considerazione un'altra tecnologia di accumulatori ricaricabili, quella a ioni di litio (Li-ion), allettato dai notevoli vantaggi: minore peso e dimensioni a parità di capacità, tensione più costante durante la scarica. Ma la configurazione necessaria per garantire un'autonomia "contest grade" è ancora di costo proibitivo, oltre a richiedere una tecnica di carica piuttosto raffinata. Perciò utilizzerò gli accumulatori Pb-gel, con buona pace per il loro peso!

Ho scelto allora un accumulatore per uso non stazionario (Fiamm FGC 21202 - 12 V, 12 Ah): è il tipo di batteria che troviamo nei motocicli elettrici, nei robot tagliaerba, ecc. E' progettata per essere scaricata fino in fondo e sostenere numerosi cicli di carica/scarica: proprio ciò che serve nell'attività portatile. Il contrario degli accumulatori per uso stazionario, usati negli UPS, nelle centrali d'allarme, ecc. Nella foto è presente anche il caricabatterie automatico a 48 V, 2 A per scooter elettrici (appunto).

Quarantotto Volt? Ho scelto di collegare i 4 monoblocchi in serie per fornire una tensione adatta a un convertitore DC/DC "step-down", in modo che, anche a batteria scarica, la tensione della serie resti nel suo range d'ingresso, permettendogli di fornire alla radio una tensione di 13,8 V.

L'esemplare raffigurato qui a fianco può erogare fino a 12 A, con una tensione d'ingresso compresa tra 15 V e 80 V. E' un oggetto interessante, se trovato in qualche mercatino.

Una prima bozza dello schema, che realizza le premesse di cui sopra è illustrato qui a sinistra. 

Il commutatore di potenza sposta la batteria sul caricabatterie esterno o sul convertitore, e in OFF toglie anche alimentazione al circuito di misura. I valori dei componenti dipendono dagli strumenti utilizzati; il riduttore a zener fornisce alimentazione al voltmetro LCD.

Ahimé! Nello sviluppo dello schema non ho prestato attenzione all'avvertimento presente nel manuale del voltmetro LCD (Mega Elettronica UP-5035), che riporto qui a fianco. Cosicché, alla prima prova di funzionamento, il display si è messo a indicare "-1" e "Lo Bat" in ogni portata...

A sinistra è proposta la versione corretta, dopo aver verificato che con una sorgente di alimentazione indipendente (batteria a 9 V) il voltmetro riprendeva a misurare. Ho utilizzato un piccolo convertitore DC/DC da 1 W, isolato, con ingresso (18-72 V) adatto alla tensione della serie e uscita a 9 V (Recom Power RSO-4809SZ, distribuito da Mouser).

Questo è il pannello di controllo, nella versione a "logica cablata", fino a che non deciderò di aggiornarlo con la strumentazione governata da microprocessore:

(in alto) il selettore e lo strumento LCD per l'indicazione della corrente di ricarica, della tensione di batteria e di quella di uscita;

(in mezzo) le boccole, il fusibile e l'amperometro di uscita (con la scala non ancora ridisegnata);

(in basso) il connettore per il caricabatterie e il commutatore del modo di funzionamento (ricarica / spento / acceso).

La grafica del pannello è ottenuta con una pellicola trasparente adesiva permanente per vetrofanie, stampabile inkjet (AS/Marri Color PATJ) e applicata su fondo verniciato.

Nella sequenza fotografica illustro come ho misurato la resistenza interna dell'amperometro (da 5 A fs), per calcolare lo shunt adatto per la corrente di uscita: (da sx a dx) ho misurato la resistenza dei cordoni del multimetro (misura a 4 fili), poi l'ho annullata (con la funzione "zero" del multimetro) e infine ho misurato la resistenza: 0,0129 Ohm. Con uno shunt da 0,01 Ohm, 12 A in uscita corrispondono a 5,2 A sul ramo dell'amperometro.

Questa è strumentazione governata da microprocessore, che sostituirà quella provvisoria in un nuovo pannello: (da sx a dx) un display grafico da 128x64 px Lascar SP 5-GFX1, il controller Arduinio UNO che lo gestirà e un display LCD analogico Lascar SP 5-1710-BL.

Adesso viene il bello: non ho mai provato a programmare in C, nè tantomeno Arduino. Il display grafico usa un'interfaccia SPI e ha chipset SPLC501C... (ACCETTASI AIUTO)