An EIS-based Low-Power Solution for Online and In-Situ Lithium-Ion Battery Monitoring in Autonomous Drones

Negli ultimi anni, il fenomeno di elettrificazione ha interessato diverse applicazioni nel settore dei veicoli e trasporti, portando allo sviluppo di numerosi sistemi alimentati a batteria. Queste applicazioni ad alta energia richiedono batterie che garantiscano ottime prestazioni, affidabilità a lungo termine e sicurezza per poter essere adottate su larga scala. È quindi necessario sviluppare sistemi di monitoraggio delle batterie robusti ed efficienti. Il presente progetto di tesi propone un sistema compatto e a basso consumo energetico per il monitoraggio in tempo reale di batterie agli ioni di litio basato sulla tecnica di spettroscopia elettrochimica di impedenza. Il lavoro si concentra sulla progettazione di una soluzione hardware a componenti discreti economici in modo da facilitare l'installazione in applicazioni reali, come ad esempio i droni commerciali. L'architettura proposta misura la risposta in tensione della batteria a un'eccitazione multi-sinusoidale nell'intervallo di frequenze 1-1000 Hz, valutando indirettamente la corrente attraverso un resistore posto in serie. Questo approccio consente una significativa riduzione del tempo di misura, essenziale in monitoraggi effettuati mentre la batteria è in funzione. Per validare le prestazioni del sistema, sono state condotte delle simulazioni utilizzando il software TINA-TI. L'analisi si è concentrata sul comportamento d'insieme, sulle prestazioni in termini di rumore termico introdotto dai componenti e sul consumo di potenza. I risultati hanno confermato un consumo energetico trascurabile rispetto al normale consumo dell'applicazione e la capacità del sistema di rilevare variazioni di impedenza fino a 1 mΩ, dimostrando così la sua elevata sensibilità e precisione. In conclusione, questo progetto di tesi contribuisce allo sviluppo di strategie più efficienti per la gestione e la manutenzione di batterie, portando a potenziali benefici in termini di durata e affidabilità in diverse applicazioni elettriche.