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slides pile e batterie
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Di cosa parla
- Introduzione e Definizioni:
- Esplora i principi delle celle elettrochimiche (Pila di Volta, Pila Daniell), definendo le celle primarie e secondarie.
- Definizioni chiave includono Tensione nominale (Vn), Capacità nominale (Cn), C rate, Stato di Carica (SoC = Q/Cn) e Stato di Salute (SoH, indicatore di invecchiamento).
- Celle agli ioni di Litio:
- Vantaggi: Maggiore densità di energia (circa 3 volte rispetto ad altre chimiche), maggiore densità di potenza, bassa autoscarica (2-3% al mese, 3 volte meno del Nichel), lunga vita utile.
- Svantaggi: Sensibilità a fuoriuscita dai range operativi (tensione, corrente, temperatura), tecnologia non ancora pienamente matura per la dipendenza dei parametri dall'invecchiamento, costi maggiori.
- Modellizzazione della Cella:
- Presenta modelli equivalenti (elettrochimico, matematico, elettrico) per descrivere il comportamento della cella.
- Vengono mostrati grafici di tensione e corrente in funzione del tempo e delle temperature (10°C, 35°C), evidenziando effetti resistivi e di rilassamento.
- Il modello include parametri come resistenza di autoscarica, capacità, tensione a circuito aperto (OCV dipendente da SoC e temperatura) e resistenze/capacità di transitorio (Rseries, Rt_short, Rt_long, Ct_short, Ct_long).
- Stima dello Stato di Carica (SoC):
- Descrive il metodo del Coulomb Counting: SoC(t) = SoC(0) - (1/Qn) ∫ I(τ) dτ, che integra la corrente nel tempo.
- Introduce metodi basati su modello che usano tensione e corrente per stimare il SoC.
- Presenta algoritmi misti (che combinano Coulomb Counting con un modello per correggere gli errori accumulati) e adattivi (che identificano i parametri del modello online per migliorare l'accuratezza).
- Battery Management System (BMS):
- Funzioni principali: Monitoraggio (tensione, temperatura, corrente), stima dello stato interno (SoC, SoH, parametri modello), gestione della sicurezza (interruzione corrente, gestione temperatura), comunicazione e bilanciamento.
- Problema dello sbilanciamento: Illustra come le celle sbilanciate portano a una degradazione più rapida della batteria e riducono la capacità utilizzabile.
- Sistemi di bilanciamento: Distingue tra bilanciamento passivo (dissipazione di carica tramite resistori) e attivo (spostamento di carica tra le celle usando induttori o condensatori).
- Architetture BMS:
- Centralizzata: Vantaggi (meno componenti elettronici, minore cablaggio, costo inferiore), Svantaggi (alta tensione sulla scheda, complessità proporzionale al numero di celle).
- Distribuita: Vantaggi (complessità indipendente dal numero di celle, elettronica più semplice, standardizzazione), Svantaggi (maggiore cablaggio, richiede un sistema di comunicazione robusto).
- Dimensionamento della Batteria:
- Criteri di selezione celle: Considera le caratteristiche di scarica (dipendenza dalla temperatura, C-rate) e la vita ciclica.
- Connessione celle:
- Serie: Per aumentare la tensione (V_bat = s * V_cell). La corrente rimane costante (I_ser = I_cell), la capacità è limitata dalla cella con capacità minore (Q_ser = min(Q_celli)). Problemi: sbilanciamento di tensione.
- Parallelo: Per aumentare la capacità (Q_bat = p * Q_cell). La tensione rimane costante (V_par = V_cell), la corrente totale è la somma delle correnti (I_par = ΣI_celli). Problemi: sbilanciamento di corrente.
- Calcolo del numero di celle: Si basa sui requisiti di tensione, potenza ed energia dell'applicazione (N° celle = s * p).
- Layout della batteria: Analizza pro e contro di due configurazioni (stringhe in parallelo di celle in serie vs. moduli in serie di celle in parallelo) in termini di complessità e massimizzazione della capacità.
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