Tecniche avanzate di bilanciamento per batterie agli ioni di litio

Le batterie agli ioni di litio sono considerate la tecnologia più avanzata per potere immagazzinare energia in campo automotive. Le celle, non potendo fornire da sole l’energia e la potenza necessaria, sono disposte in serie e/o in parallelo andando a formare dei pacchi batteria. Il problema che nasce è che nessuna cella è esattamente uguale alle altre e queste differenze tra cella e cella portano ad uno sbilanciamento di carica tra di loro che può limitare notevolmente le prestazioni. Le celle devono quindi sempre rimanere il più bilanciate possibile. In questo elaborato sono presentate e confrontate tra loro due tecniche di bilanciamento, una di tipo passivo e una di tipo attivo, quest’ultima inoltre è stata interamente progettata. La trattazione inizia con la modellazione di una batteria agli ioni di litio mediante lo sviluppo di un modello “a circuito equivalente” della cella, con lo scopo di descriverne il comportamento dinamico. Si prosegue con l’identificazione dei parametri del modello mediante tecniche off-line come il metodo dei minimi quadrati. Questo processo è stato effettuato su una batteria 24V 60Ah 8s1p, composta da celle LiFePO4, utilizzando un BMS per applicazioni industriali/simil-automotive. L’obbiettivo dell’identificazione dei parametri è la caratterizzazione di una cella LiFePO4 sia in termini di parametri “medi”, sia in termini di dispersione dei parametri fra celle. Le tecniche di bilanciamento sono poi presentate con uno studio del loro stato dell’arte e per la tecnica di bilanciamento attivo si è progettato e sviluppato l’algoritmo di controllo. Per entrambi i metodi si è implementato il bilanciamento nel modello di cella di Simulink. Il confronto tra queste due soluzioni si è effettuato svolgendo delle simulazioni considerando varie situazioni di sbilanciamento di partenza. Per finire, i risultati di queste simulazioni sono stati analizzati e confrontati in termini di prestazioni quali tempo impiegato e energia utilizzata.