Sviluppo di moduli batterie litio-ioni per avviamento - Enea

Un primo approccio nel risolvere il problema si può avere in fase di costruzione del pacco,
selezionando celle il più possibile simili tra loro e disponendole in modo che la distribuzione di
temperatura all’interno del pacco sia la più uniforme possibile. In un veicolo, la temperatura
all’interno del vano motore, nel compartimento passeggeri o nel bagagliaio sono
significativamente differenti e distribuire le celle attraverso il veicolo per ripartire il peso può
causare condizioni termiche di esercizio non uniformi. D’altro canto, se le celle sono
concentrate in un unico grande pacco, le celle esterne, in contatto con l’ambiente esterno,
possono raffreddarsi maggiormente di quelle interne, a meno che non si preveda un sistema di
raffreddamento.
Per fornire una soluzione dinamica a questi problemi, il BMS deve incorporare una funzione di
bilanciamento: ciò viene ottenuto sostanzialmente mediante il monitoraggio dello stato di
carica delle singole celle ed il controllo della carica applicata ad ogni cella nel pacco durante la
fase di carica. Una tecnica di equalizzazione efficace deve permettere a tutti gli elementi di
raggiungere la tensione di carica finale inibendo la carica alle celle già completamente cariche;
solo al raggiungimento della completa carica di tutte le celle di potrà interrompere il processo.
4.5 Metodi di bilanciamento.
Le batterie al piombo e al nichel possiedono una sorta di metodo di bilanciamento naturale.
Infatti, possono essere portate in regime di sovraccarica (per un periodo di tempo non
eccessivo ed un regime non troppo severo) senza recare danno permanente alle celle. Infatti,
le celle cariche non continuano a caricarsi, ma rilasciano l’energia sotto forma di gas attraverso
la valvola di sfiato di cui sono dotate, fino a quando le celle più deboli raggiungono lo stato di
carica completa. Similmente, in fase di sovrascarica (sempre per tempi limitati e regimi non
troppo severi), l’energia viene rilasciata in forma di incremento della temperatura di cella,
senza che ciò ne comporti il danneggiamento permanente. Questo costituisce un metodo
naturale di bilanciamento per una stringa di tali celle in serie. L’argomento è trattato nel report
“Uso di batterie al litio in applicazioni SLI e navali” prodotto dall’Università di Pisa, al quale si
rimanda per maggiori dettagli.
L’idea base del bilanciamento per batterie al litio è quella di usare circuiti esterni per bilanciare
le celle. Si fa distinzione tra tecniche di bilanciamento di tipo passivo ed attivo. Nel caso del
bilanciamento passivo, il circuito esterno è di tipo resistivo e viene utilizzato per dissipare
l’energia in eccesso su resistori connessi in parallelo ad ogni singola cella e livellare la
distribuzione dei valori di stato di carica delle varie celle all’interno del sistema batterie. Nel
caso del bilanciamento attivo, il circuito esterno viene usato per estrarre l’energia dalle celle
più cariche e distribuirla a quelle meno cariche o per caricare selettivamente le celle in
funzione del loro stato di carica: in tal modo il livellamento della distribuzione dei valori dello
stato di carica delle celle all’interno del sistema viene ottenuto senza dissipazione dell’energia
su componenti passivi.
Sono disponibili molti metodi di bilanciamento: nel seguito, i principali tra questi saranno
brevemente presentati per tipologia di circuito [4], [6].
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