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APRILE 2025 AUTOMAZIONE OGGI 461 | 79 Batteriericaricabili Esempio di BMS integrato nel pacco batteria alte temperature, dato che è assoluta- mente necessario evitare il fenomeno del thermal runaway. All’interno dell’hardware, come accennato, è presente la parte che si occupa della pro- tezione del pacco. La circuitazione di pro- tezione rileva cortocircuiti, sovraccarichi, come anche la scarica eccessiva, il che, tra- dotto in termini parametrici, significa valori di picco di tensione o corrente. Il circuito di protezione è anche progettato in modo da interrompere il funzionamento della batteria evitando eventuali danni, per esempio tra- mite un relè o un Mosfet. Riguardo alle funzioni del BMS, nel proprio hardware vi è anche la sezione che si occupa dell’equilibrio delle celle, ossia l’unità di bi- lanciamento. Poiché le singole celle possono scaricarsi a ritmi differenti, l’unità di bilan- ciamento ristabilisce l’equilibrio del livello di carica tra le varie celle. In questa specifica sezione va considerato che il bilanciamento può essere effettuato principalmente in due modi: attivo e passivo. Nel bilanciamento at- tivo, l’eccesso di carica di un certo numero di celle viene ridistribuito fra le celle meno cari- che, ottenendo uniformità di carica; in quello passivo, invece, l’energia viene dissipata at- traverso resistenze passive. Come tecnica, il bilanciamento attivo/passivo può essere paragonato ai sistemi di frenatura elettrica nei veicoli e nella trazione ferroviaria, dove l’energia cinetica inerziale viene riconvertita in energia elettrica per poi essere restituita alla fonte di alimentazione o dissipata attra- verso reostati. È facile comprendere che il bi- lanciamento attivo, sebbene sia un sistema più complesso, consente alle batterie di in- nalzare l’efficienza con il risultato di miglio- rare il rendimento. Software e modelli matematici Nei BMS il software comprende numerose funzionalità di controllo e monitoraggio ba- sate su modelli matematici riferiti ai parame- tri base sopracitati. Logicamente, precisione e accuratezza sul rilevamento dello stato di carica e salute della batteria sono diretta- mente proporzionali alla precisione dell’al- goritmo di controllo. Il modello elettrico si fonda su un circuito equivalente virtuale, con resistenze e ca- pacità, che rappresenta in modo ideale la batteria. Nel modello è inserito il funziona- mento dinamico (e la risposta) a seconda di tutte le possibili variazioni dei parametri di tensione e corrente. Nello specifico, il circuito equivalente è solitamente rappresentato da un generatore di tensione, collegato in serie a una resistenza, dove avremo un valore di tensione a circuito aperto e un valore di re- sistenza interna. Semplificando, attraverso il circuito virtuale viene misurata la condi- zione, ovvero a seconda del carico applicato alla batteria, se non collegato, si avrà un va- lore di tensione che corrisponde a quello del circuito aperto, mentre se applicato, avremo valori di corrente fornita corrispondente alla legge di Ohm (I=V/R). Di conseguenza, più è complessa la circuitazione reale della batte- ria, più lo sarà quella virtuale, con l’aggiunta (fra il generatore di tensione e la resistenza) di altri blocchi composti da resistenze e ca- pacità disposti in parallelo. Il modello termico prevede l’intero percorso del calore all’interno del pacco, conside- rando convezione e conduzione, tempera- tura interna ed esterna delle celle, crescita o decrescita del valore in relazione della fase di carica e scarica ecc. A seconda delle caratteristiche di prestazione della batteria viene quindi predisposto il modello termico, la cui accuratezza è determinante allo stesso modo del modello elettrico. È noto che con il variare dei parametri termici, può variare la capacità della singola cella (ma anche del pacco), pertanto lo stato di carica e il valore di resistenza sono proporzionali al valore di temperatura. In sostanza, il modello termico si basa sulla capacità di scambio termico che ogni singola cella può avere con l’ambiente esterno; pertanto, è fondamentale avere un’acquisizione precisa della temperatura nelle varie zone della batteria. All’interno dei software BMS esistono anche sistemi dedicati ad altre funzionalità, come per esempio controller proporzionali ID ba- sati su integrale, per il calcolo dell’area sot- tesa alla curva di carica/scarica, e derivata, per misurazione della crescita o decrescita della curva. Questi sistemi assolvono al man- tenimento dei valori di corrente e tensione entro limiti programmabili, ottenuto rego- landone il flusso di input e output. Altri al- goritmi possono essere inseriti nel software per ottimizzare l’accuratezza di misurazione dello stato di salute e carica della batteria. Comunicazione dei dati La comunicazione dei dati acquisiti dal BMS, pur essendo una funzione che si potrebbe ritenere secondaria, è un aspetto fonda- mentale con il quale poter costruire sistemi scalabili, che si tratti di Bess, di UPS e ap- plicazioni automotive. La trasmissione dati verso sistemi di livello più alto consente di ottimizzare ulteriormente l’utilizzo della bat- teria; esistono, pertanto, protocolli diffusi alla comunicazione, come I2C, RS485 (protocollo largamente utilizzato grazie alle sue carat- teristiche di robustezza e affidabilità nella trasmissione su lunghe distanze), nonché Canbus e Uart. A seconda delle caratteristi- che del pacco e delle specifiche dell’impianto questi protocolli possono prestarsi a una co- municazione dati rapida ed efficace. Sparq - https://sparqtechnology.com