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Validazione della procedura di prova per batterie litio-ioni: risultati delle prove di caratterizzazione

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Validazione della procedura di prova per batterie litio-ioni: risultati delle prove di caratterizzazione

Il documento descrive i risultati delle prove di caratterizzazione per applicazioni nello stazionario, a supporto del sistema elettrico, su una serie di batterie litio-ioni di diversa tecnologia costruttiva. Le prove hanno permesso il confronto di diverse batterie litio-ioni e la validazione della procedura di prova sviluppata dalla collaborazione tra RSE ed ENEA.

Autorevoli fonti a livello nazionale ed internazionale stanno spingendo verso l’introduzione di sistemi di accumulo di energia nelle reti elettriche in nuovi campi di applicazione rispetto a quelli più tradizionali, prevalentemente costituiti dai gruppi di continuità o dai grossi impianti di pompaggio. La motivazione è legata alle necessità emergenti delle reti di distribuzione e trasmissione e ai notevoliprogressi tecnologici che stanno rendendo disponibili dispositivi di accumulo elettrochimico con elevate prestazioni. Tra le diverse tecnologie di accumulatori elettrochimici utilizzabili nelle reti elettriche, quella che presenta le caratteristiche più adatte per soddisfare molteplici esigenze del sistema elettrico, in virtù degli elevati valori di energia e potenza, dei tempi di risposta molto rapidi e della elevata vita attesa, è la tecnologia delle batterie litio-ioni. Nell’ambito delle attività sull’accumulo elettrico sono state caratterizzate in laboratorio già a partire dal PAR 2009 alcune tipologie di celle al litio, sulla base di un procedura di prova sviluppata a tale scopo. Nel corso del PAR 2011 la procedura di prova di RSE è stata utilizzata per preparare una procedura di prova per batterie litio-ioni comune per il gruppo di coordinamento RSE e ENEA. Tale procedura è costituita da una parte introduttiva che descrive il circuito e la strumentazione di prova, soffermandosi sugli aspetti di gestione e sicurezza. Nel corpo centrale sono riportate le prove di caratterizzazione di base, per la verifica dei parametri caratteristici delle batterie, le prove specialistiche per l’applicazione veicolare e per le applicazioni nello stazionario. Per le prove specialistiche relative all’utilizzo nello stazionario sono stati messi a punto profili di lavoro per tre tipiche applicazioni, quali il peak shaving, la regolazione di frequenza e il bilanciamento tra potenza prodotta da un impianto fotovoltaico e la potenza assorbita da un carico. La procedura di prova sviluppata è stata applicata a tre batterie litio-ioni costituite da celle di grossa taglia (diverse decine di Ah) prodotte da diversi costruttori e realizzate con diversa tecnologia costruttiva. Le prove effettuate hanno permesso di confrontare le tre tecnologie di batterie attraverso lacaratterizzazione di base e la caratterizzazione per lo stazionario. La procedura di prova di base è stata infine utilizzata per caratterizzare una batteria litio-ioni polimeri dotata di un circuito di bilanciamento attivo delle celle e di un convertitore DC/DC di interfaccia che permette di regolare la tensione di uscita. Questa soluzione garantisce un miglior bilanciamento delle celle costituenti il pacco batteria e rappresenta un metodo molto efficiente per prevenire il degrado delleprestazioni del sistema di accumulo litio-ioni qualora una delle celle subisca un degrado precoce. Tutte le batterie litio-ioni sottoposte alla procedura di prova hanno evidenziato caratteristiche prestazionali molto interessanti per le applicazioni nello stazionario, grazie all’elevata efficienza energetica, all’elevata potenza di carica e scarica e all’ottima attitudine al ciclaggio.

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