Sviluppo di moduli batterie litio-ioni per avviamento - Enea

5. Batterie litio-ioni per avviamento.
L’argomento è trattato in dettaglio nel report “Uso di batterie al litio in applicazioni SLI e
navali” prodotto dall’Università di Pisa. In questo paragrafo si riporta una sintesi
dell’argomento, rimandando al documento suddetto per la trattazione dettagliata.
Le batterie per l’alimentazione dei servizi ausiliari a bordo di veicoli a propulsione
convenzionale, (ma anche, seppur con qualche differenza) a propulsione elettrica e ibrida, sono
spesso designate con la sigla SLI: Starting-Lighting-Ignition.
Per questo tipo di applicazioni lo standard di fatto indiscusso è costituito da accumulatori al
piombo acido, effettivamente molto convenienti dal punto di vista del costo e della maturità
della tecnologia.
La recente disponibilità di accumulatori basati sul litio, con caratteristiche anche molto
differenti da un modello all’altro, congiunta con la continua crescita del grado di elettrificazione
a bordo e di conseguenza della quantità di energia da stoccare nell’accumulatorie per
l’alimentazione dei carichi ausiliari, rende sempre più interessante la possibilità di utilizzare,
anche per questa applicazione accumulatori al litio.
Pertanto è stato valutato preventivamente se e quali delle tecnologie di batterie al litio sono in
grado di inserirsi nei sistemi elettrici degli autoveicoli attuali con impatto pressoché nullo sul
dimensionamento delle altre parti del veicolo stesso. La valutazione è stata condotta con
riferimento ai parametri di maggior interesse per l’applicazione in esame.
Tutti i carichi del veicolo sono compatibili con una finestra di tensione che va, tipicamente, dai
13,5V ai 15 V. Una nuova batteria che si voglia sostituire alle batterie esistenti dovrà
analogamente fornire tensione in questo intervallo. Se si considerano ad esempio batterie
Nichel/Cobalto/Alluminio, comunemente denominate NCA, dalle iniziali degli elementi che
compongono il catodo, la finestra di tensione di normale funzionamento della singola cella
porta all’impossibilità pratica di restare all’interno della finestra di tensione sopra individuata: 3
elementi comportano tensioni troppo basse, mentre 4 elementi comportano valori troppo
elevati.
E’ altrettanto ampiamente noto che le batterie al litio non possiedono, come quelle al piombo,
una naturale capacità di equalizzarsi, e devono pertanto essere equalizzate con dispositivi
esterni, per garantire una capacità utile sfruttabile nel tempo relativamente costante. Pertanto
i sistemi di monitoraggio, che comunque devono sussistere per ragioni di sicurezza, vengono
normalmente integrati da sistemi di equalizzazione che effettuano un bilanciamento della
carica presente nelle varie celle in serie, scaricando quelle più cariche e/o caricando quelle
meno cariche. Va inoltre valutato attentamente se sia opportuno procedere ad
un’equalizzazione di tipo dissipativo, più semplice, o attivo energeticamente più efficiente.
La sostituzione di una batteria di avviamento tradizionale con una batteria di altro tipo deve
inoltre essere verificata a livello di capacità nominale e prestazione all’avviamento.
Le batterie automobilistiche di tipo SLI solo in casi eccezionali vengono scaricate a fondo.
Normalmente, invece, esse sono soggette a piccole scariche poco profonde ed il loro
invecchiamento è dovuto all’effetto combinato di questi microcicli e dell’invecchiamento
naturale, a prescindere dall’uso che se ne fa. Per valutare l’utilizzabilità di una batteria al litio
in applicazioni SLI andranno quindi valutati con attenzione le i parametri di invecchiamento per
scariche poco profonde ed invecchiamento cronologico (shelf-life).
Per quanto riguarda le tensioni, si è visto che la compatibilità con l’applicazione SLI si ha con
certezza utilizzando una serie di 4 celle aventi la chimica LFP.
39