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POWER 8 - giugno 2015
XXIII
BATTERIE
tà della batteria stessa. Tutte le celle sono caratterizzate
da una “finestra” di tensione di funzionamento all’inter-
no della quale devono avvenire le operazioni di carica/
scarica; questa condizione deve essere soddisfatta per as-
sicurare sia il corretto funzionamento sia la durata della
batteria. Nel caso di applicazioni che prevedono il ricorso
a una batteria al lito, l’intervallo di tensione operativa è
solitamente compreso tra 2,5 e 4,2V. Facendo funzionare
la batteria al di fuori di questo range, la durata della cella
si riduce sensibilmente e si corre il rischio di rendere inu-
tilizzabile la cella stessa.
Per dar vita a un pacco batterie, le celle sono collegate in
serie e in parallelo. Una connessione in parallelo aumen-
ta la capacità di pilotaggio in corrente del pacco batteria,
mentre un collegamento in serie comporta l’incremento
della tensione complessiva. Le prestazioni di una cella se-
guono un andamento di tipo distribuito: nell’istante ini-
ziale (t=0) le velocità di carica/scarica delle celle del pac-
co batteria sono identiche. Nel momento in cui ciascuna
cella è sottoposta a cicli di carica e di scarica, varia la velo-
cità con cui ogni singola cella di carica e si scarica. Ciò dà
luogo a una distribuzione delle prestazioni all’interno del
pacco batteria. Un metodo semplicistico per determina-
re se il pacco batteria è carico, consiste nel monitorare la
tensione di ciascuna cella rispetto a un livello di tensione
prefissato. La tensione della prima cella che raggiunge il
limite di tensione impostato fissa il limite di carica del pac-
co batteria. Nel caso sia la cella più “debole” a raggiungere
per prima questo limite, il resto delle celle non può più ca-
ricarsi completamente. Uno schema di carica come quello
appena descritto non ottimizza il tempo di “ON” per cari-
ca del pacco batteria. Questo schema riduce la durata del
pacco batteria in quanto richiede un numero maggiore di
cicli di carica/scarica. Una cella più “debole” si scarica più
rapidamente. Il fenomeno poco sopra descritto si verifica
anche in fase di scarica. La cella più debole raggiunge per
prima il limite di scarica lasciando il resto delle celle con
una carica residua da erogare.
Esistono due metodi per migliorare il tempo di ON ne-
cessario per la carica del pacco batteria. Il primo consiste
nel diminuire la velocità di carica eguagliandola a quello
della cella più debole durante il ciclo di carica. Ciò può es-
sere ottenuto collegando un FET di bypass con un resisto-
re limitatore di corrente ai capi della cella, come visibile
in figura 3(a). La corrente viene prelevata dalla cella con
la corrente più elevata, che si traduce in un rallentamen-
to della carica della cella; in questo modo le altre celle
del pacco batteria possono adeguarsi. L’obiettivo finale
è ottimizzare la capacità di carica del pacco batteria. Per
conseguire tale risultato tutte le celle devono raggiungere
il limite di carica massimo simultaneamente.
Il pacco batteria può essere bilanciato sul ciclo di scarica
implementando uno schema di spostamento della carica.
La tecnica prevede che la carica venga prelevata dalla cella
alfa (mediante ad esempio un accoppiamento di tipo ca-
pacitivo) e iniettata nella cella più debole. In questo modo
la cella più debole impiega un tempo maggiore per rag-
giungere il limite di scarica.
Questa tecnica, nota come bilanciamento attivo, è illustra-
ta nello schema di figura 3(b).
Fig. 2 – Schema di due possibili collegamenti dei FET (a) collegamento singolo tra il carico e il carica-batteria
(b) collegamento a due terminali che consente la carica e la scarica simultanea