Sviluppo di moduli batterie litio-ioni per avviamento - Enea

4. Analisi bibliografica sullo stato dell’arte del Battery Management
System.
4.1 Architettura di un sistema batterie: celle, moduli, sistema completo.
Si intende per cella l’unità elementare di cui si compone ogni sistema batterie.
Il modulo è un insieme di celle, che possono essere variamene connesse in serie e/o parallelo,
racchiuse all’interno di un involucro, dotato eventualmente di circuiteria per il controllo dei
parametri elettrici e termici.
Il sistema completo, denominato anche sistema batterie o pacco batterie, è l’insieme di più
moduli, variamente connessi in serie e/o parallelo, generalmente dotato di un sistema
elettronico per il controllo dei parametri elettrici e termici ad un livello gerarchico a quello (se
presente) dei moduli.
4.2 Definizione e funzioni del Battery Management System.
Il BMS (Battery Management System) è un sistema elettronico di monitoraggio e gestione delle
batterie: esso mantiene un controllo sui parametri fondamentali di esercizio, come tensioni,
correnti e temperature, durante le fasi di carica e scarica. In caso di allarme, quando uno
qualsiasi dei parametri raggiunge un valore fuori dai limiti consentiti, il circuito elettronico di
controllo fornisce gli input ai dispositivi di protezione per scollegare la batteria dal carico o dal
caricabatterie. Il BMS comprende non solo il monitoraggio e la protezione del sistema batterie,
ma anche metodi per ottimizzarne le prestazioni e prolungare la vita delle celle.
Le prestazioni di un veicolo ibrido dipendono in maniera sostanziale dallo “stato di salute” in
cui si trovano le batterie: se non trattate opportunamente, la loro capacità di accumulare
energia e la vita in cicli di carica/scarica si possono ridurre notevolmente richiedendone una
prematura sostituzione.
I principali fattori di rischio per le batterie, di qualunque tipo esse siano, sono la sovraccarica o
la scarica troppo profonda. Il primo fattore può portare alla distruzione della batteria, mentre il
secondo può condurre ad una riduzione permanente della capacità massima immagazzinabile.
Il controllo dello stato di carica delle batterie (SOC) è quindi indispensabile oltre che per la
scelta delle politiche di gestione del veicolo, per assicurare un corretto utilizzo degli
accumulatori. In un veicolo elettrico o ibrido le batterie sono connesse in serie per poter
disporre di una tensione di pacco sufficientemente elevata (fino a qualche centinaio di volt). Il
controllo dello stato di carica deve essere effettuato per ogni singola cella del pacco. Infatti,
inevitabili lievi differenze nelle prestazioni di ogni elemento potrebbero essere amplificate
durante la vita, portare a scompensi notevoli nello stato di carica e condurre al deterioramento
complessivo del sistema. La soluzione migliore al problema consiste nel predisporre di un
sistema di equalizzazione dello stato di carica degli elementi che compongono il pacco batterie.
L’equalizzazione ottima si ottiene controllando singolarmente ogni cella all’interno della stringa.
In alcuni casi, specie se il numero di batterie da controllare è elevato, si può ricorrere ad una
soluzione di compromesso che consiste nel lavorare su piccoli gruppi di elementi per limitare la
complessità del circuito di controllo.
Nel seguito verranno analizzate in dettaglio le funzioni principali del BMS: protezione e
bilanciamento.
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