Sviluppo di logiche di controllo di Battery Management System (BMS) per la gestione di batterie agli ioni di litio = Development of Battery Management System (BMS) control logic for lithium-ion battery

Negli ultimi anni, c'è stato un netto aumento nell'adozione dei veicoli a trazione elettrica come soluzione per ridurre le emissioni di CO2, particolato e gas inquinanti prodotti dai tradizionali veicoli a combustione interna. Tuttavia, uno degli aspetti critici di questi veicoli è rappresentato dall'accumulo di energia nella batteria, che richiede un monitoraggio costante per garantirne le prestazioni ottimali e prevenire danni prematuri. Il seguente lavoro di tesi si concentra sull'analisi approfondita e lo sviluppo di un sistema avanzato per il monitoraggio e la gestione delle batterie agli ioni di litio utilizzate nei veicoli elettrici. Attraverso l'implementazione di un modello batteria composto da sei moduli in parallelo, ciascuno costituito da cinque celle in serie, l'obiettivo principale è quello di sviluppare un modello di Battery Management System (BMS). Il BMS è progettato per monitorare con precisione lo stato di carica della batteria e per rilevare tempestivamente condizioni operative critiche, come overvoltage, undervoltage e sovraccarico di corrente. Inoltre, si mira a implementare logiche per garantire un bilanciamento ottimale delle celle e una gestione efficace delle situazioni di pericolo. Il percorso di ricerca inizia con un'analisi dettagliata del modello batteria, che comprende lo studio di due configurazioni della batteria, monocella e multicella, con uno stimatore di SoC. Successivamente, vengono sviluppate e implementate logiche specifiche di BMS, per il caso di batteria multicella. Dunque, sono esaminate e testate due situazioni di pericolo per il pacco batteria: overvoltage e sovraccarico di corrente. Attraverso questi test, viene validato il funzionamento del Battery Management System (BMS), verificandone la capacità di attivare le protezioni implementate. Dopodichè, per ottimizzare la gestione a lungo termine della batteria, è stato implementato un sistema di bilanciamento attivo, basato sul controllo del SoC per le singole celle. Sono state confrontate due configurazioni di bilanciamento: una con un singolo condensatore e l'altra con un numero di condensatori pari al numero di celle. La configurazione iniziale con un singolo condensatore ha mostrato alcuni svantaggi significativi, tra cui tempi operativi eccessivi e un bilanciamento non ottimale delle celle, portando a una distribuzione non uniforme della carica nella batteria. Per contro, la seconda configurazione con un numero di condensatori pari al numero di celle ha consentito una distribuzione più uniforme della carica, riducendo al contempo i tempi operativi e garantendo un bilanciamento più efficiente delle celle. In conclusione, il lavoro di ricerca dimostra che il BMS e le sue logiche garantiscono una protezione efficace della batteria da situazioni reali di pericolo e che l'integrazione del sistema di bilanciamento delle celle consente un monitoraggio accurato dello stato di carica della batteria.