Sviluppo di moduli batterie litio-ioni per avviamento - Enea

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SVILUPPO DI MODULI BATTERIE LITIO-IONI PER AVVIAMENTO E TRAZIONE NON AUTOMOTIVE Francesco Vellucci, Giovanni Pede (ENEA) Settembre 2011 Report Ricerca di Sistema Elettrico Accordo di Programma Ministero dello Sviluppo Economico – ENEA Area: Razionalizzazione e risparmio nell’uso dell’energia elettrica Progetto: Studio per lo sviluppo di materiali innovativi per il risparmio di energia nel settore elettrico con particolare attenzione ai materiali per i mezzi di trasporto collettivi: Nuovi materiali e componenti innovativi per i mezzi di trasporto Responsabile Progetto: Giovanni Pede, ENEA
Sommario 1. Inquadramento programmatico. ................................................................................................... 6 2. Premessa sul mercato mondiale e nazionale dell’elettrico. .......................................................... 8 2.1 Mercato mondiale ................................................................................................................. 8 2.2 Mercato nazionale ............................................................................................................... 10 3. Analisi bibliografica sullo stato dell’arte delle batterie litio-ioni. ............................................. 12 3.1 Caratteristiche e prestazioni delle batterie litio-ioni. ........................................................... 12 3.2 Classificazione..................................................................................................................... 13 3.2.1 Generalità. .................................................................................................................... 13 3.2.2 Materiali catodici. ........................................................................................................ 14 3.2.3 Materiali anodici. ......................................................................................................... 15 3.2.4 Elettrolita. ..................................................................................................................... 15 3.3 Vantaggi e svantaggi derivanti dall’impiego di batterie al litio. ......................................... 16 3.4 Problematiche di sicurezza. ................................................................................................. 18 4. Analisi bibliografica sullo stato dell’arte del Battery Management System. ............................. 19 4.1 Architettura di un sistema batterie: celle, moduli, sistema completo. ................................. 19 4.2 Definizione e funzioni del Battery Management System. ................................................... 19 4.3 Funzione di protezione ........................................................................................................ 20 4.4 Funzione di bilanciamento. ................................................................................................. 23 4.5 Metodi di bilanciamento. ..................................................................................................... 24 4.6 Valutazione comparata di alcuni Battery Management Systems commerciali. .................. 29 4.6.1 BMS Tipo A ................................................................................................................. 29 4.6.2 BMS Tipo B ................................................................................................................. 34 4.6.3 BMS Tipo C ................................................................................................................. 37 5. Batterie litio-ioni per avviamento. ............................................................................................. 39 6. Batterie litio-ioni per applicazioni navali................................................................................... 41 7. Generalità sulle batterie litio ioni per trazione. .......................................................................... 42 7.1 Batterie litio-ioni per la propulsione ibrida. ........................................................................ 42 7.2 Batteri litio-ioni per la propulsione elettrica pura. .............................................................. 43 8. Il mercato delle macchine “off-road”. ........................................................................................ 47 9. Problematiche di progettazione modulo 12V per avviamento .................................................. 50 10. Problematiche di progettazione modulo 12 V per applicazioni navali . ................................. 51 11. Progettazione preliminare modulo 12V per trazione e relativo Battery Management System................................................................................................................................................52 11.1 Standards applicabili. ....................................................................................................... 52 11.2 Descrizione del modulo. .................................................................................................. 52 11.3 Modi di esercizio ............................................................................................................. 53 11.4 Requisiti funzionali ed elettrici ........................................................................................ 53 3
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