Il riutilizzo, solitamente per applicazioni stazionarie, delle batterie derivanti dall’applicazione veicolare, definito 2^nd-life battery, è un concetto che si sta diffondendo grazie all’aumento esponenziale di veicoli elettrici in circolazione. I vantaggi della 2^nd-life sono sia economici sia ambientali. Per abilitare la 2^nd-life è però necessario risolvere alcune problematiche riguardanti la diagnostica e la gestione delle batterie usate. Le batterie 2^nd-life sono, infatti, già parzialmente invecchiate e presentano spesso disomogeneità tra le celle. Per poter realizzare un Sistema di Accumulo (SdA) 2^nd-life sarebbe quindi necessario effettuare delle prove onerose sulle celle per valutarne nuovamente le prestazioni. L’attività di ricerca svolta ha permesso di realizzare e validare soluzioni alternative che permetterebbero di ridurre il costo per abilitare la 2^nd-life battery. Per monitorare la batteria, senza eseguire prove di caratterizzazione, è stato sviluppato l’algoritmo chiamato VDB-SE (Voltage Dynamic-Based SoC Estimation), che permette di stimare i parametri equivalenti della batteria utilizzando tecniche di Machine Learning. I risultati delle simulazioni effettuate hanno mostrato un errore medio sulla stima dello stato di carica inferiore a quello dello stato dell’arte, in particolare minore dell’1% sulla singola cella e inferiore al 2,5% su un pacco batteria. Nel prossimo anno l’algoritmo VDB-SE sarà implementato e validato su un SdA reale.

Riguardo alla gestione di una batteria 2^nd-life si sono svolte due attività: una che integra un Battery Management System (BMS) attivo in un prototipo di SdA 2^nd-life e una che riguarda la progettazione di un convertitore multilivello (MMC) che integra le funzionalità dell’inverter e del BMS attivo.

Con la prima attività si è sviluppato un prototipo di SdA 2^nd-life utilizzando celle usate di un veicolo elettrico, senza sottoporle a prove di caratterizzazione. Le celle sono state assemblate e gestite mediante un BMS attivo. Il prototipo è stato testato e si è dimostrato che l’utilizzo di un BMS attivo permette di gestire efficacemente celle 2^nd-life, facendo fronte alle disomogeneità tra le celle stesse. Il SdA 2^nd-life sarà testato ulteriormente nella prossima attività di ricerca al fine di valutare l’invecchiamento delle celle dovuto all’utilizzo del BMS attivo.

Con la seconda attività si è progettato e sviluppato il modello di un SdA con un MMC da 30 kW-60 kWh. Si è effettuata un’analisi tecnico-economica con la quale si è valutata un’efficienza del MMC superiore al 98% e un costo inferiore rispetto a un convertitore tradizionale con rispettivo BMS. Inoltre, sono state effettuate delle prove di vita su tre celle litio-ioni che hanno dimostrato, dopo 1500 cicli, come il degrado a causa dei disturbi a frequenza elevata (50 e 100 Hz), tipici del funzionamento del MMC, sia trascurabile. Dai risultati delle prove di vita e dell’analisi tecnico-economica si evince che l’utilizzo di un MMC è vantaggioso rispetto ai convertitori tradizionali, motivo per cui si proseguirà l’attività di ricerca sviluppando un prototipo.