Sviluppo di moduli batterie litio-ioni per avviamento - Enea
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Charge shuttling<br />
Questa tecnica consiste in un meccanismo <strong>di</strong> rimozione <strong>di</strong> parte della carica presente in una<br />
cella con carica in eccesso, l’immagazzinamento in un <strong>di</strong>spositivo (condensatore) e la ricarica<br />
<strong>di</strong> un secondo elemento.<br />
Esistono <strong>di</strong>verse soluz<strong>ioni</strong> circuitali <strong>per</strong> implementare questo tipo <strong>di</strong> equalizzazione, il più<br />
utilizzato è quello che sfrutta come <strong>di</strong>spositivo <strong>per</strong> l’immagazzinamento della carica un<br />
condensatore (flying capacitor).<br />
Figura 14 - Tecnica <strong>di</strong> equalizzazione attiva a spostamento <strong>di</strong> carica (charge shuttling) <strong>di</strong> tipo flying capacitor<br />
Un primo tipo <strong>di</strong> funzionamento è il seguente: l’elettronica <strong>di</strong> controllo chiude a passi prefissati<br />
gli interruttori su una cella (ad esempio B1, chiudendo S1 e S2) collegandola in parallelo al<br />
condensatore. In questo <strong>per</strong>iodo si ha una ri<strong>di</strong>stribuzione <strong>di</strong> carica tra i due, il componente a<br />
tensione maggiore cede carica all’altro. Successivamente gli interruttori vengono a<strong>per</strong>ti ed il<br />
condensatore viene posto in parallelo ad una seconda cella (ad esempio B2, chiudendo S2 e<br />
S3). Tra il condensatore e la nuova cella si avrà un’ulteriore ri<strong>di</strong>stribuzione <strong>di</strong> carica. Il<br />
condensatore viene successivamente collegato sequenzialmente a tutte le altre celle, in questo<br />
modo si riesce a <strong>di</strong>stribuire uniformemente la carica con l’effetto <strong>di</strong> una equalizzazione.<br />
L’elettronica <strong>di</strong> controllo, in questo caso è molto semplice <strong>per</strong>ché deve solo chiudere a passi<br />
prefissati gli interruttori ed aprire il circuito <strong>di</strong> ricarica una volta che tutte le <strong>batterie</strong> siano state<br />
caricate. Con questo metodo <strong>di</strong> funzionamento, il condensatore me<strong>di</strong>a il livello <strong>di</strong> carica sulle<br />
celle, prelevando carica dalle celle con tensione più alta del valore me<strong>di</strong>o ed immettendola<br />
nelle celle con tensione più bassa del valore me<strong>di</strong>o.<br />
Una variazione del circuito precedente <strong>per</strong>mette <strong>di</strong> <strong>di</strong>minuire il tempo <strong>di</strong> equalizzazione solo<br />
cambiando l’algoritmo con cui si comandano gli interruttori. In questo caso <strong>per</strong>ò la tensione <strong>di</strong><br />
ogni singola batteria deve essere misurata <strong>per</strong> consentire al controllore <strong>di</strong> effettuare tramite il<br />
condensatore una ri<strong>di</strong>stribuzione <strong>di</strong> carica fra la cella a tensione più elevata e quella a tensione<br />
più bassa.<br />
In questo modo il tempo <strong>per</strong> l’equalizzazione è notevolmente ridotto soprattutto se le celle a<br />
tens<strong>ioni</strong> maggiore ed inferiore sono <strong>di</strong>stanti nella serie <strong>di</strong> <strong>batterie</strong>.<br />
Qualunque sia la tecnica impiegata <strong>per</strong> il pilotaggio degli interruttori, <strong>per</strong> equalizzare n <strong>batterie</strong><br />
questo metodo richiede n + 3 interruttori, che devono essere <strong>di</strong>mensionati <strong>per</strong> la corrente <strong>di</strong><br />
picco richiesta dal condensatore. Le <strong>per</strong><strong>di</strong>te dovute alla resistenza serie del condensatore e le<br />
<strong>per</strong><strong>di</strong>te <strong>di</strong> conduzione degli interruttori possono, oltre a peggiorare notevolmente il ren<strong>di</strong>mento<br />
del sistema, rallentano il transitorio <strong>di</strong> carica ed inevitabilmente aumentano il tempo richiesto<br />
<strong>per</strong> l’equalizzazione. Maggiore è la capacità delle <strong>batterie</strong> da gestire, più grande dovrà essere il<br />
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