I sistemi di gestione della batteria migliorati possono prolungare la durata delle batterie al litio

Sep 13, 2023

I ricercatori di Stanford stanno cercando di costruire un migliore sistema di gestione delle batterie basato sull’esperienza del mondo reale.

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C'è la teoria e poi c'è la realtà. La connessione tra loro può spesso essere, nella migliore delle ipotesi, tenue. Nel mondo delle auto elettriche, ogni pacco batteria dispone di un sistema di gestione della batteria che utilizza algoritmi per monitorarne lo stato generale di salute e di funzionamento. “L’algoritmo ti dice se la batteria funziona bene o quanto lontano puoi guidare prima di dover ricaricare. Il problema è che gli algoritmi BMS sono progettati in condizioni di laboratorio ideali che non riflettono ciò che una batteria vede nel mondo reale”, afferma Simona Onori, assistente professore di scienza e ingegneria energetica presso la Stanford Doerr School of Sustainability.

Per dimostrare il divario tra i test di laboratorio controllati e l’esperienza stradale reale, Onori e colleghi di Stanford hanno collaborato con i ricercatori del Volkswagen Innovation and Engineering Center situato vicino al campus universitario. “Gli algoritmi basati su dati di guida non realistici potrebbero essere imprecisi sul campo”, ha affermato Onori, autore principale dello studio. “Il nostro obiettivo è aumentare la longevità della batteria progettando algoritmi addestrati a partire da dati del mondo reale”.

I risultati della ricerca sono stati pubblicati il ​​18 agosto 2023 sulla rivista scientifica Joule (paywall). Ecco un riepilogo di tale rapporto:

“L’implementazione di algoritmi di stima e previsione dello stato di salute della batteria è fondamentale per garantire prestazioni affidabili dei veicoli elettrici a batteria. Gli algoritmi SoH sono progettati e addestrati a partire dai dati raccolti in laboratorio durante il ciclo delle celle sotto carichi e temperature predefiniti.

“I dati sul campo delle batterie raccolti in un anno di funzionamento del veicolo vengono utilizzati per definire ed estrarre indicatori di prestazioni/salute e correlarli alle caratteristiche di guida reali (abitudini di ricarica, accelerazione e frenata) e alla temperatura ambiente dipendente dalla stagione. Gli indicatori di prestazione durante gli eventi di guida e ricarica vengono definiti stabilendo una pipeline di dati per estrarre i segnali chiave del sistema di gestione della batteria.

“Questo lavoro mostra il disallineamento esistente tra i test di laboratorio e l’utilizzo effettivo della batteria, e l’opportunità che esiste nel migliorare i test sperimentali sulle batterie per deconvolure tempo e temperatura per migliorare le strategie di stima SoH”.

Credito immagine: Stanford University tramite Joule

Oggi un sistema di gestione della batteria registra regolarmente i dati durante la frenata, l'accelerazione, la decelerazione e la ricarica. Il segreto della lunga durata delle batterie ricaricabili potrebbe risiedere nella comprensione delle differenze tra le singole celle nel funzionamento nel mondo reale. Una nuova modellazione del modo in cui le celle agli ioni di litio in un pacco si degradano mostra un modo per adattare la ricarica alla capacità di ciascuna cella in modo che le batterie dei veicoli elettrici possano gestire più cicli di carica e una maggiore durata.

"La guida nel mondo reale dipende dal guidatore", afferma il coautore Gabriele Pozzato, ingegnere ricercatore di Stanford. “Potresti essere un guidatore aggressivo o qualcuno che carica solo parzialmente la propria auto. Diversi stili di guida e di ricarica si tradurranno in diverse traiettorie di degrado della batteria. Tuttavia, questo tipo di dati sul campo non è incluso negli algoritmi convenzionali delle batterie”.

Per lo studio, Volkswagen ha fornito al team di Stanford circa 3.750 ore di dati di guida BMS raccolti da un SUV Audi e-tron completamente elettrico guidato nell’area della Baia di San Francisco per un anno, da novembre 2019 a ottobre 2020. Tali dati hanno consentito al team di Stanford squadra per calcolare la resistenza elettrica nel pacco batteria durante quel periodo. I dati hanno permesso al team di valutare due parametri chiave della batteria: energia e potenza.

"L'energia ti dà l'autonomia, ovvero quanti chilometri puoi percorrere con una batteria completamente carica", afferma Pozzato. “La potenza è la capacità di estrarre energia rapidamente. Quando acceleri, vuoi avere accesso all'energia e scaricare la batteria molto velocemente. Minore è la resistenza elettrica della batteria, maggiore sarà la potenza."