Sviluppo di moduli batterie litio-ioni per avviamento - Enea
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Il grafico qui sopra mostra che al <strong>di</strong> sotto <strong>di</strong> circa 15ºC i cicli vita saranno progressivamente<br />
ridotti lavorando a tem<strong>per</strong>ature più basse. Anche o<strong>per</strong>ando a tem<strong>per</strong>ature su<strong>per</strong>iori ai 50 ° C si<br />
riduce il ciclo <strong>di</strong> vita, ma dai 70 º C in su la minaccia è la tem<strong>per</strong>atura incontrollata.<br />
Il sistema <strong>di</strong> gestione termica della batteria deve essere progettato <strong>per</strong> mantenere il valore dei<br />
parametri <strong>di</strong> funzionamento delle celle nei rispettivi limiti in qualsiasi momento, <strong>per</strong> evitarne<br />
l’usura prematura: quanto sopra <strong>di</strong>mostra che la funzione <strong>di</strong> protezione consiste<br />
sostanzialmente nel controllo della tensione e tem<strong>per</strong>atura <strong>di</strong> ogni cella.<br />
4.4 Funzione <strong>di</strong> bilanciamento.<br />
Ci sono molte cause <strong>di</strong> <strong>di</strong>sequalizzazione delle celle [4], [5]. Uno dei fattori principali è<br />
connesso con il principio generale che non tutte le celle sono create uguali, cioè,<br />
sostanzialmente, le celle all’interno <strong>di</strong> un sistema <strong>batterie</strong> sono tutte <strong>di</strong>verse tra loro. Ciò<br />
avviene a causa delle inevitabili tolleranze <strong>di</strong> produzione. Altri fattori sono la <strong>di</strong>stribuzione <strong>di</strong><br />
tem<strong>per</strong>atura all’interno del pacco ed il <strong>di</strong>verso invecchiamento delle celle. Il tutto si traduce in<br />
variaz<strong>ioni</strong> nell’impedenza interna, che è il parametro secondo il quale le celle si comportano<br />
durante i processi <strong>di</strong> carica e scarica. Durante la fase <strong>di</strong> carica, se nella serie c’è una cella<br />
degradata, ovvero con capacità ridotta, c’è il <strong>per</strong>icolo che appena raggiunge la carica completa<br />
essa sarà soggetta a sovraccarica <strong>per</strong> tutto il tempo impiegato dalle altre celle a raggiungere<br />
anch’esse lo stato <strong>di</strong> carica completa. Il risultato è un possibile aumento <strong>di</strong> tem<strong>per</strong>atura e<br />
pressione che può danneggiare la cella. Durante la scarica, la cella più degradata sarà soggetta<br />
ad una profon<strong>di</strong>tà <strong>di</strong> scarica maggiore e tenderà a fallire prima delle altre. I problemi causati<br />
da queste <strong>di</strong>fferenze tra cella e cella aumentano quando le celle sono soggette a rapi<strong>di</strong> cicli <strong>di</strong><br />
carica e scarica con elevati gra<strong>di</strong>enti <strong>di</strong> corrente, come quelli tipici delle applicaz<strong>ioni</strong> dei veicoli<br />
elettrici ed ibri<strong>di</strong>. Un veicolo ibrido ovviamente ricade in questa categoria <strong>di</strong> applicaz<strong>ioni</strong>, in<br />
quanto <strong>per</strong> far fronte ad elevate richieste <strong>di</strong> coppia assorbe elevatissime correnti, e nel<br />
momento <strong>di</strong> un’intensa frenata (con recu<strong>per</strong>o dell’energia cinetica), immette nelle <strong>batterie</strong><br />
gran<strong>di</strong> correnti: soprattutto quest’ultimo caso è problematico <strong>per</strong> le <strong>batterie</strong> <strong>per</strong>ché la corrente<br />
generata in fase <strong>di</strong> frenata può causare un rapido aumento <strong>di</strong> tensione fino a livelli<br />
potenzialmente <strong>per</strong>icolosi <strong>per</strong> la cella. Infatti, <strong>per</strong> ogni tipo <strong>di</strong> batteria è importante che la<br />
carica avvenga a tensione inferiore ad un valore <strong>di</strong> sicurezza che danneggerebbe<br />
irreparabilmente l’accumulatore. Tenere sotto controllo la tensione complessiva del pacco<br />
batteria non è sufficiente, <strong>per</strong>ché a causa della <strong>di</strong>s<strong>per</strong>sione dei parametri, celle nominalmente<br />
uguali possono possedere caratteristiche leggermente <strong>di</strong>verse. Ad esempio una cella con una<br />
capacità ridotta o una resistenza interna maggiore tende ad avere una variazione <strong>di</strong> tensione<br />
maggiore rispetto alle altre durante i cicli <strong>di</strong> carica/scarica e quin<strong>di</strong> è più facilmente soggetta a<br />
guasti <strong>per</strong> sovratensione.<br />
Per le motivaz<strong>ioni</strong> espresse, durante i cicli <strong>di</strong> carica alcune celle potrebbero raggiungere prima<br />
delle altre la tensione finale <strong>di</strong> carica. In questo caso è in<strong>di</strong>spensabile impe<strong>di</strong>re a queste celle <strong>di</strong><br />
continuare il processo <strong>di</strong> carica.<br />
Quando una cella è danneggiata, deve essere sostituita l’intera batteria e le conseguenze sono<br />
estremamente costose. La sostituzione della singola cella non risolverebbe il problema poiché<br />
le caratteristiche <strong>di</strong> una cella “fresca” sarebbero abbastanza <strong>di</strong>fferenti da quelle delle celle<br />
invecchiate e ciò aumenterebbe le possibilità <strong>di</strong> rottura.<br />
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