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16 - ELETTRONICA OGGI 448 - SETTEMBRE 2015
COVERSTORY
L’uso di array di batterie su larga scala per lo sto-
rage di energia da sfruttare in condizioni di uso
normale e di backup riceve attenzione crescente, come
è evidenziato dal recente annuncio da parte di Tesla
Motors dell’introduzione del sistema Powerwall per le
abitazioni e gli uffici. Le batterie di questi sistemi vengo-
no caricate continuamente dalla rete di alimentazione o
altra sorgente e quindi erogano la potenza AC all’utente
mediante un inverter CC/AC.
L’uso di batterie per alimentazione di backup non è nuo-
vo e includemolti sistemi, da quelli base a 120/240VAC e
da varie centinaia di watt per l’alimentazione di backup
a breve termine di PCda tavolo, amigliaia di watt per vei-
coli speciali come navi, autoveicoli ibridi o interamente
elettrici, fino a centinaia di kilowatt per data center e im-
pianti di telecomunicazioni di grandi dimensioni (Fig. 1).
Ma mentre i progressi della tecnologia e delle composi-
zioni chimiche delle batterie ricevono gran parte dell’at-
tenzione, una componente ugualmente cruciale di un
impianto funzionale basato su batterie è il sistema di ge-
stione delle batterie (BMS, batterymanagement system).
Quando si implementano sistemi di gestione delle batte-
rie per l’immagazzinaggio di energia occorre far fronte
a molti problemi e le soluzioni non sono ottenibili sem-
plicemente trasferendo “in larga scala” gruppi di batterie
di capacità inferiore; sono invece necessarie strategie
nuove e più sofisticate nonché componenti di suppor-
to cruciali. Il problema inizia con la necessità di elevata
precisione e affidabilità delle numerose misure dei pa-
rametri fondamentali delle celle delle batterie. Inoltre, il
sistema deve essere modulare per consentire di adatta-
re la configurazione dei vari sistemi secondari alle spe-
cifiche esigenze dell’applicazione, insieme alla possibile
espansione, ai problemi complessivi di gestione e alla
manutenzione necessaria.
L’ambiente di funzionamento di array di batterie per lo
storage di energia su scala più larga crea altri problemi
notevoli. Il BMS deve fornire dati precisi e omogenei in
un ambiente elettrico estremamente rumoroso e spes-
so ad alta temperatura, in presenza di inverter ad alta
corrente/tensione e quindi di elevati picchi picchi di
corrente. Non solo: deve fornire una grande quantità di
dati “granularizzati” relativi alle misure di temperatura
del sistema e dei moduli interni, che sono cruciali per la
carica, il monitoraggio e la scarica, anziché solo alcuni
valori aggregati con basso livello di dettagli. A causa del
ruolo fondamentale di questi sistemi di alimentazione, la
loro affidabilità operativa è intrinsecamente critica. Per
attuare tale obiettivo, il BMS deve assicurare l’integrità e
la precisione dei dati unitamente a valutazioni continue
della funzionalità affinché possa adottare ininterrotta-
mente le misure necessarie. Realizzare il progetto garan-
tendo robustezza e sicurezza è un processo multilivello
e il BMS deve prevedere problemi, eseguire autotest e ri-
levare i guasti su tutti i sistemi secondari, quindi interve-
nire in modo appropriato sia nella modalità di funziona-
mento che in quella di standby. La specifica finale è che
a causa degli alti livelli di tensione, corrente e potenza, il
BMS deve soddisfare molti rigorosi standard normativi.
Il progetto del sistema traduce
i concetti nei risultati reali
Sebbene il monitoraggio di batterie ricaricabili sia con-
cettualmente semplice – basta inserire i circuiti di misu-
ra della tensione e della corrente in corrispondenza dei
terminali delle celle – nella realtà un BMS è alquanto
diverso e molto più complicato.
La progettazione di un sistema robusto inizia con il mo-
Gli array di batterie collegate alla rete di alimentazione soddisfano
efficacemente le esigenze di erogazione di corrente in condizioni di
uso normale e di riserva; i circuiti integrati di misura per specifiche
applicazioni che rispondono ai loro unici e complessi requisiti
assicurano prestazioni affidabili del sistema
Massimizzare l’integrità
Mike Kultgen
Design manager
Signal Conditioning Products
Greg Zimmer
Senior product marketing engineer
Signal Conditioning Products
Stefan Janhunen
Design engineer
BMS Products
del monitoraggio