Un pacco batterie, ovvero un insieme di celle di batteria organizzate elettricamente in una configurazione a matrice riga per colonna, è controllato da un sistema di gestione della batteria (BMS), una tecnologia progettata per fornire un intervallo target di tensione e corrente per un determinato periodo di tempo in base a scenari di carico previsti.
Un BMS spesso fornisce la seguente supervisione:
- Prendersi cura della batteria
- Proteggere le batterie
- Determinazione della stima dello stato operativo di una batteria
- Miglioramento continuo delle prestazioni della batteria
- Aggiornamento dei dispositivi esterni sullo stato operativo
Sebbene in questo contesto il termine "batteria" si riferisca all'intero pacco, le funzioni di monitoraggio e controllo vengono utilizzate in particolare per indicare le singole celle o gruppi di celle noti come moduli all'interno dell'assemblaggio complessivo del pacco batteria.
Grazie alla loro elevata densità energetica, le batterie ricaricabili agli ioni di litio rappresentano la scelta ideale per i pacchi batteria di un'ampia gamma di prodotti di consumo, dai computer portatili alle automobili elettriche. Pur offrendo prestazioni eccellenti, possono rivelarsi problematiche se utilizzate al di fuori di un'area operativa sicura (SOA) relativamente ristretta, con conseguenze che possono variare dal semplice deterioramento delle prestazioni della batteria a gravi danni.
Come funziona il sistema di gestione della batteria?
La descrizione del lavoro per il sistema di gestione della batteria è senza dubbio complessa e sia la sua complessità generale che il suo ambito di supervisione possono toccare una varietà di discipline, tra cui quella elettrica, digitale, di controllo, termica e idraulica.
Non esiste un set di standard predeterminato o particolare che deve essere seguito nei sistemi di gestione delle batterie. L'estensione della progettazione tecnologica e le funzionalità effettivamente utilizzate sono in genere collegate a:
- Prezzo, complessità e dimensioni del pacco batteria
- Utilizzo della batteria e qualsiasi problema di sicurezza, durata e garanzia
- Requisiti di certificazione previsti da varie normative governative in cui la mancata implementazione di misure di sicurezza funzionale accettabili comporta gravi conseguenze finanziarie.
La gestione della protezione del pacco batteria e la gestione della capacità sono due elementi cruciali nella progettazione di un BMS, tra i tanti altri. In questa sede, analizzeremo il funzionamento di queste due funzionalità. La protezione elettrica, ovvero la prevenzione dei danni alla batteria causati da un utilizzo al di fuori del suo SOA (State Operating Area) , e la protezione termica, che comprende la regolazione passiva e/o attiva della temperatura per mantenere o portare il pacco all'interno del suo SOA, sono le due aree principali della gestione della protezione del pacco batteria.
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Cos'è la gestione della carica in un BMS?
Indubbiamente, uno dei più importanti vantaggi prestazionali della batteria offerti da un BMS è la massimizzazione della capacità di un pacco batteria. Un pacco batteria potrebbe alla fine diventare inutile se questa manutenzione viene trascurata. Uno "stack" di pacchi batteria (serie di celle) non è totalmente uguale e intrinsecamente ha tassi di perdita o autoscarica leggermente variabili, che sono la radice del problema.
La perdita di liquido è una caratteristica chimica della batteria piuttosto che un problema di fabbricazione ; tuttavia, statisticamente, può essere influenzata da piccole differenze nel processo produttivo. Un pacco batterie può inizialmente contenere celle ben abbinate, ma con il passare del tempo la somiglianza tra le celle diminuisce ulteriormente, non solo a causa dell'autoscarica, ma anche a causa dei cicli di carica/scarica, delle alte temperature e del normale invecchiamento.
