Il mercato delle batterie negli ultimi anni è in rapida crescita, trainato dalla diffusione di veicoli elettrici e sistemi di accumulo per applicazioni stazionarie. Per minimizzare l’impronta di carbonio degli accumulatori elettrochimici è necessario massimizzare l’utilizzo delle batterie già costruite, grazie allo sviluppo di strumenti utili a migliorarne il dimensionamento, il monitoraggio e la diagnostica.

L’attività di ricerca svolta da RSE affronta in generale il tema della gestione ottimale e della massimizzazione della vita utile dei sistemi di accumulo elettrochimici. L’attività descritta nel presente rapporto si articola in tre sottoattività tra loro correlate. La prima sottoattività riguarda il tema della second-life e del riutilizzo delle batterie ancora in buone condizioni al termine di una prima applicazione. L’obiettivo è lo sviluppo di uno strumento in grado di stimare la vita residua di una batteria anche durante la seconda vita.

In particolare, sulla base di un modello di invecchiamento semiempirico messo a punto nel precedente triennio di Ricerca di Sistema che mira alla stima dello stato di salute della batteria nella pima fase del ciclo di vita, si vuole sviluppare un nuovo modello in grado di simulare l’andamento della curva di degrado della tecnologia in prova anche durante la second-life.

A questo scopo sono state riavviate le prove di invecchiamento su celle litio-ioni NMC concluse a dicembre 2021, modificando la matrice di prova ed estendendo la condizione di fine vita in modo da determinare l’andamento della curva di degrado della capacità anche durante la fase non lineare. Confrontando la curva di degrado misurata con quella simulata tramite il precedente modello di invecchiamento, si è verificato che tale modello è in grado di stimare la vita residua con buona approssimazione solo durante la fase lineare della curva.

Nel proseguimento dell’attività si procederà pertanto con la modifica della funzione analitica del modello che rappresenta il degrado della batteria, in modo da permettere una rappresentazione anche della fase non lineare della curva. La validazione del modello sarà effettuata a partire dai risultati delle prove di invecchiamento concluse e da dataset reperibili in letteratura. La seconda sottoattività riguarda lo sviluppo di strumenti software per la realizzazione di un digital twin di un sistema di accumulo. Nel corso di questa annualità sono stati identificati i modelli elettro-termici equivalenti della batteria e di invecchiamento, gli stimatori del SOC e SOH; si è iniziato ad indagare le tecniche di machine learning più adatte per aggiornare tali modelli.

È inoltre stato individuato un caso d’uso su cui sarà testato il digital twin, sviluppato grazie all’implementazione e validazione dei modelli e algoritmi identificati e descritti nel presente rapporto. La terza sottoattività riguarda il tema dello sviluppo di sistemi di monitoraggio avanzati per sistemi di accumulo. È stata messa a punto una procedura di prova per validare l’accuratezza e la ripetibilità delle misure fornite da un chip a basso costo sviluppato da Sensichips, denominato CMU (dall’inglese Cell Management Unit), in grado di effettuare on-line (quindi senza richiedere la disconnessione della batteria dall’impianto) diverse tipologie di misure su batterie litio-ioni, tra cui anche la spettroscopia di impedenza.

La procedura ha lo scopo di validare le misure della CMU al variare delle condizioni operative delle batterie su cui è installata e al variare delle tecnologie testate.  I dataset di misure di spettroscopia e di prove di invecchiamento ottenuti come risultato delle varie attività sperimentali saranno importati in un database dei dati di prova del laboratorio e successivamente resi pubblici.