Tecnologia 2017-09-01T11:13:38+00:00

Power Solutions for lithium batteries

Kaitek Flash Battery ha ideato e sviluppato un innovativo sistema di gestione delle celle al litio per utilizzare al meglio l’energia e ridurre al minimo il decadimento nel tempo della batterie al litio.

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Tecnologia innovativa per batterie a litio

Gli accumulatori a base di litio offrono prestazioni notevolmente superiori rispetto a tutte le altre tecnologie di costruzione attualmente diffuse (Pb, NiCd, NiMH), come dimostrato dal loro vasto e ormai esclusivo utilizzo in dispositivi elettronici portatili. Le batterie al litio hanno infatti:
• Elevata densità di energia ( > 150 Wh/l)
• Peso contenuto ( < 10 kg/kWh) • Lunga durata nel tempo ( > 3000 cicli)
• Possibilità di cariche rapide e cariche parziali
il maggior costo iniziale risulta conveniente se rapportato alla durata della loro vita utile, senza considerare l’assenza di manutenzione e l’incremento di efficenza che questa tecnologia porta.
Queste caratteristiche rendono le batterie al litio particolarmente vantaggiose anche per applicazioni di potenza, per l’ambiente industriale, per la trazione dei veicoli o per l’accumulo statico di energia, dove però fino ad oggi sono state scarsamente utilizzate a causa della maggior complessità del sistema di controllo e di ricarica, di cui necessitano.

Nelle batterie di potenza, con tensioni che vanno da poche decine ad alcune centinaia di Volt a seconda dell’applicazione, vengono connesse in serie numerose celle (ciascuna con tensione nominale tipica di 3,2V o 3,7V) che devono essere controllate e gestite singolarmente per assicurare che nessuna lavori al di fuori dei limiti di funzionamento evitando il degrado prematuro ed inficiando le prestazioni di tutto il pacco.

In assenza di un bilanciamento adeguato, in scarica, l’autonomia della batteria è limitata dalla cella che raggiunge per prima la minima tensione di funzionamento, in fase di ricarica (per ragioni di sicurezza), si è costretti a terminare la carica quando una cella arriva alla massima tensione anche se le altre non hanno ancora raggiunto lo stesso valore e non hanno pertanto raggiunto il 100% della ricarica.

La combinazione di entrambi questi effetti, con il susseguirsi dei cicli di scarica e ricarica, amplifica le differenze tra le celle e riduce notevolmente la quantità di energia che la batteria può fornire.

Prestazioni delle Batterie a Litio rispetto alle altre (Pb, NiCd, NiMH)

0Wh/l
Elevata densità di energia
0kg/kWh
Peso contenuto
0cicli
Lunga durata nel tempo

Fase di Scarica:

Durante una scarica a corrente costante le celle mostrano un brusco calo di tensione quando l’energia delle stesse non è più sufficiente per erogare la corrente richiesta. E’ frequente che in un pacco batteria composto da numerose celle, per alcune di esse l’esaurimento avvenga prima delle altre, ovvero quando la maggior parte delle altre celle avrebbe ancora una certa quantità di energia da erogare. Ciò nonostante in assenza di bilanciamento attivo (l’unico efficace in fase di scarica), per evitare che la cella che ha già raggiunto il minimo livello di tensione subisca danni irreversibili è necessario limitare o bloccare la scarica, in alcuni casi molto prima di quanto previsto secondo la capacità teorica della batteria.
Il bilanciamento combinato del BBS è in grado di supportare le celle più deboli durante la scarica e limitarne il calo di tensione, questo prolunga la scarica fino a quando tutte le celle risultano completamente scariche permettendo di utilizzare tutta l’energia nominale del pacco energia.

Durante una scarica a corrente costante le celle mostrano un brusco calo di tensione quando l’energia delle stesse non è più sufficiente per erogare la corrente richiesta. E’ frequente che in un pacco batteria composto da numerose celle, per alcune di esse l’esaurimento avvenga prima delle altre, ovvero quando la maggior parte delle altre celle avrebbe ancora una certa quantità di energia da erogare. Ciò nonostante in assenza di bilanciamento attivo (l’unico efficace in fase di scarica), per evitare che la cella che ha già raggiunto il minimo livello di tensione subisca danni irreversibili è necessario limitare o bloccare la scarica, in alcuni casi molto prima di quanto previsto secondo la capacità teorica della batteria.

Il bilanciamento combinato del BBS è in grado di supportare le celle più deboli durante la scarica e limitarne il calo di tensione, questo prolunga la scarica fino a quando tutte le celle risultano completamente scariche permettendo di utilizzare tutta l’energia nominale del pacco energia.

Fase di Carica:

In carica, la condizione ottimale da raggiungere è che alla fine tutte le celle siano risultino cariche al 100%. Per le celle al litio la tensione di fine carica è sensibilmente superiore alla tensione nominale (ad esempio, per le celle Li-Ion, è compresa tra 3,65V e 4V) e una cella può definirsi completamente carica quando è possibile mantenerla alla tensione di fine carica fornendole solo una corrente di mantenimento molto piccola (in rapporto alla capacità). In questa condizione, un eccesso di corrente porterebbe rapidamente ad una sovratensione molto dannosa per la cella stessa. I seguenti grafici mostrano l’andamento tipico delle tensioni minime e massime di una batteria di celle Li-Ion caricate a una tensione obiettivo di 3,8V [parametro configurabile tra le impostazioni del BBS], rispettivamente senza sistema di bilanciamento (a), con bilanciamento soltanto passivo (b) e infine con il bilanciamento BBS combinato (c).

In assenza di bilanciamento, non appena la tensione di una cella comincia a salire avvicinandosi alla tensione obiettivo, la corrente di carica deve essere azzerata e la fase di carica termina. La maggior parte delle celle non è ancora completamente carica. Anche se inizialmente la differenza tra le celle può essere piccola, lo sbilanciamento aumenta ad ogni ciclo e riduce progressivamente la capacità effettiva della batteria.

 

Le tecniche di bilanciamento passivo consentono di effettuare una ricarica completa portando tutte le celle alla tensione obiettivo, ma con bassissime correnti di carica nella fase finale e quindi con tempi molto lunghi e fortemente variabili a seconda delle condizioni delle celle. La prolungata dissipazione di energia può essere tanto elevata da influire negativamente sul rendimento complessivo del sistema elettrico, oltre a presentare problemi di surriscaldamento e dissipazione di calore.

La tecnologia del BBS con bilanciamento combinato ad alta potenza consente di caricare tutte le celle in un tempo molto più breve. La fase di bilanciamento infatti richiede tipicamente meno di 30 minuti su ogni tipo di batteria, pertanto il tempo di ricarica è facilemtne determinabile e costante anche al variare dello stato di efficienza delle celle.
L’efficienza energetica globale rimane molto elevata grazie all’utilizzo del sistema attivo, mentre, il sistema passivo viene utilizzato solo in alcune fasi di carica consentendo una riduzione dei tempi.

Conclusioni:

La tecnologia innovativa per la batteria a litio del BBS ha mostrato di essere in grado di sfruttare al meglio le caratteristiche delle batterie al litio, recuperando in alcune applicazioni pratiche batterie già rese inutilizzabili da un precedente utilizzo con un sistema di gestione inadeguato.

Risultati Eccellenti!

Con il BBS quindi le batterie al litio risultano effettivamente utilizzabili in qualunque tipo di applicazione, molte delle quali potrebbero trarne sostanziali vantaggi rispetto all’utilizzo di batterie tradizionali.

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