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Valutazioni dell’applicazione di un BMS con elemento ridondato a sistemi di accumulo di tipo ibrido

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Valutazioni dell’applicazione di un BMS con elemento ridondato a sistemi di accumulo di tipo ibrido

I Sistemi di Accumulo (SdA) sono una delle tecnologie abilitanti la transizione energetica del sistema elettrico. Per superare l’ostacolo maggiore alla diffusione dei SdA, il costo d’acquisto, si è sviluppato unBattery Management System (BMS) che possa gestire batterie con tecnologie diverse e stati di salute non omogenei. L’obiettivo è quello di sfruttare le batterie giunte a fine vita nelle applicazioni veicolari, ein ogni caso di dimensionare in maniera ottimale un SdA, riducendo il suo costo.

Lo scopo dell’attività svolta è stato quello di valutare, mediante simulazione, l’efficacia dell’architettura del BMS e degli algoritmi sviluppati nelle precedenti attività di ricerca quando sono applicati ad una sistema di accumulo di tipo ibrido, composto cioè dalla connessione di elementi di differenti tecnologie e, quindi, con caratteristiche e prestazioni (sia in potenza sia in energia) fra loro molto diverse. Nel caso di sistemi ibridi, l’utilizzo del BMS proposto avrebbe anche il vantaggio di utilizzare un solo stadio di conversione per connettere l’accumulatore alla rete in corrente alternata anziché uno per ogni tecnologia elettrochimica impiegata.

Le prestazioni del sistema di accumulo ibrido sono state confrontate (lato corrente continua) con quelle di un sistema composto da elementi di una sola tecnologia. Le applicazioni che sono state considerate sono due:

• Utilizzo combinato di batterie con varie caratteristiche: il BMS gestisce una stringa composta da moduli di varie tecnologie di batterie.

• Utilizzo di batterie derivanti da altre applicazioni (second-life): all’interno della stessa stringa gestita dal BMS sono connessi vari moduli di una specifica tecnologia di batteria ma con vari stati di salute.

Dato che la validazione del funzionamento del BMS su sistemi di accumulo ibridi richiederebbe il test di diversi tipi di batterie, l’analisi effettuata per le varie applicazioni del BMS è stata condotta con numerose simulazioni in Matlab® Simulink, considerando vari profili di funzionamento come cariche o scariche a potenza costante o fortemente variabile. I modelli del BMS e delle batterie simulate sono quelli sviluppati nelle precedenti attività di ricerca.

Dalle simulazioni effettuate per la prima applicazione si è osservato che il BMS sviluppato con il nuovo algoritmo di controllo permette di gestire contemporaneamente e in modo efficiente celle, e analogamente moduli, di varie tecnologie caratterizzate da diverse performance. Questo vantaggio può essere sfruttato per ottimizzare il dimensionamento del sistema di accumulo, riducendo dunque il relativo costo.

Inoltre, si è osservato che nel caso in cui il BMS venga applicato a celle con vari stati di salute (tipico per le applicazioni 2nd life) si ottiene un aumento delle prestazioni dell’intero sistema di accumulo. Considerando una deviazione standard dello stato di salute delle celle di una batteria pari a circa il 10%, l’energia estraibile valutata durante i test simulati con il BMS è infatti superiore del 25% rispetto al caso in cui non venga utilizzato il BMS sviluppato.

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