(a) Andamento potenza dissipata (b) Andamento temperatura interna
Figura 7.6: Andamenti relativi al test4
potenza dissipata e della temperatura interna siano molteplici e soggette alle ipotesi di costruzione del modello, si rileva una prima analogia tra il numero delle celle poste in parallelo e la temperatura interna del modulo. Infatti, ricordando che le capacità nominali delle singole celle sono, rispettivamente, 43 A h per la famiglia NMC, 2.1 A h per LFP e 12 A h per la rimanente, si nota che la seconda tipologia ne-cessità di un maggior numero di stringhe in parallelo per poter ottenere la capacità nominale prefissata (100 A h), seguita dalla famiglia ai polimeri ed infine dalla NMC. Questo comporta una riduzione della resistenza interna ed un incremento degli elementi capacitivi, i quali possono spiegare la ridotta escur-sione termica delle tipologie precedentemente citate.
Un ulteriore elemento di discussione riguarda gli andamenti particolarmente frammentati della tipolo-gia NMC, la quale può essere in parte motivata da quanto appena detto, ma soprattutto dalla maggior “densità” di valori disponibili per la simulazione dei parametri interni della cella4.
7.2 Analisi dei diversi comportamenti in campo veicolare
In questa sezione verranno esaminate le risposte delle tre famiglie durante l’esecuzione di un test di sollecitazione per veicoli elettrici ibridi, nel quale viene imposto un set di potenza variabile nel tempo.
Figura 7.7: Andamento corrente richiesta
La figura7.7riporta l’andamento delle correnti sollecitanti lo storage, ricordando però, che tali valori dipendono dalla tensione presente ai morsetti. Per questo motivo i tre diversi moduli saranno soggetti a valori di corrente leggermente diversi anche se la simulazione che devono sostenere rimane la medesima. Al fine di comprendere al meglio le risposte dei diversi moduli, si riportano gli andamenti delle diverse grandezze con e senza logica di controllo.
CAPITOLO 7. COMPARAZIONE DELLE FAMIGLIE LITIO IMPLEMENTATE
7.2.1 Senza BMS
Le figure7.8e7.9visualizzano gli andamenti delle grandezze principali in una simulazione totalmente priva di vincoli, per questo motivo non posso essere considerati dei veri test da cui trarre utili indicazioni sulla predisposizione o meno ad applicazioni veicolari.
(a) Andamento tensione (b) Andamento SOC
Figura 7.8: Andamenti relativi al test5
Lasciando piena libertà di simulazione, si può notare come tutte e tre le famiglie raggiungano la scarica completa dopo 10 000 s. La parte interessante risulta essere quindi quella antecedente, in cui si possono notare i diversi andamenti delle tensioni medie. In particolare si nota la maggiore “stabilità” della tensione relativa alla famiglia LFP.
(a) Andamento potenza dissipata (b) Andamento temperatura interna
Figura 7.9: Andamenti relativi al test5
7.2.2 Con BMS
In questa simulazione, invece, sarà presente la logica di protezione del modulo, simulando in modo net-tamente più realistico le reali condizioni di utilizzo. Infatti, ciò che risulta dalle figure7.10e7.11, può fornire importanti indicazioni su quale tecnologia aderisca meglio ad una possibile applicazione veico-lare. Ovviamente queste analisi risultano estremamente superficiali rispetto a ciò che viene effettuato nel mondo reale, tuttavia possono essere tratte considerazioni importanti.
Il test è stato eseguito considerando il range di lavoro spesso utilizzato in queste applicazioni per con-sentire un ridotto decadimento delle prestazioni a lungo termine. Infatti i limiti dello stato di carica sono stati fissati tra 0.8(valore di partenza) e 0.2 Nel caso di superamento di tali limiti, o dei valori di corrente limite, il test verrà interrotto simulando il distaccamento dalla rete del dispositivo.
L’andamento delle tensioni e dello stato di carica forniscono importanti indicazioni, in particolare si vede come la tecnologia a polimeri interrompa la sua simulazione benchè il SOC sia compreso nei limiti. Questo è dovuto al fatto che viene richiesta una corrente di carica del modulo superiore ai limiti consentiti dalla tipologia, provoncandone il distaccamento prima che il ciclo si concluda.
Una seconda considerazione, già rilevata in precedenza, riguarda l’andamento medio della tensione della famiglia LFP che risulta essere particolarmente stabile.
Anche le due figure relative alla potenza dissipata ed alla temperatura interna forniscono elementi di analisi, in particolare si nota come, giustamente, quando vengono richiesti elevati valori di corrente, si hanno picchi di potenza persa, mentre la temperatura interna, dovendo rispondere mediante transitori
7.2. ANALISI DEI DIVERSI COMPORTAMENTI IN CAMPO VEICOLARE
(a) Andamento tensione (b) Andamento SOC
Figura 7.10: Andamenti relativi al test5 con BMS
(a) Andamento potenza dissipata (b) Andamento temperatura interna
Figura 7.11: Andamenti relativi al test5 con BMS
termici, non presenta veri e propri picchi di temperatura ma un andamento ondulato. Questo non è totalmente valido per la famiglia NMC, la quale conferma una maggiore sensibilità ai gradini di corrente.
7.2.3 Considerazioni
I risultati ottenuti non sono particolarmente sorprendenti in quanto, viste le considerazioni fatte, vanno a confermare la propensione ad applicazioni di energia per la famiglia LiPo, la quale non permette la circolazione di correnti particolarmente elevate, motivo per cui, in una applicazione di potenza come quella della mobilità elettrica, non risulta essere idonea.
(a) NMC (b) LFP
Figura 7.12: Andamenti dell’energia erogata e del rendimento nel test5 con BMS
Tra le due chimiche rimaste, ha la meglio la famiglia LFP grazie alla maggiore stabilità elettrica e termica, la quale facilita la gestione e l’ottimizzazione della stessa. Tuttavia, in un caso reale, è indi-spensabile effettuare una desamina approfondita riguardante la distribuzione della temperatura interna ed il controllo attivo delle condizioni elettriche di ogni singola cella, in quanto, come detto in prece-denza, la tipologia che risulta essere più idonea necessità di un elevato numero di celle rispetto le due concorrenti.
CAPITOLO 7. COMPARAZIONE DELLE FAMIGLIE LITIO IMPLEMENTATE