Integrazione Bms-veicolo: 5 cose da sapere

Quali sono le caratteristiche essenziali che un sistema BMS (Battery Management System) evoluto deve avere per svolgere al meglio la funzione di vero e proprio cervello di una batteria al litio?

Sei nel posto giusto per scoprirlo.

Abbiamo già ampiamente illustrato a cosa serve e come funziona la fase di bilanciamento di una batteria al litio, una delle funzioni fondamentali del BMS, e ci siamo soffermati sulle principali differenze tra le funzionalità dei BMS tradizionali e il sistema di bilanciamento proprietario di Flash Battery, il Flash Balancing System.

Leggi l’approfondimento qui: BMS nelle batterie al litio: cos’è e qual è la sua azione nel bilanciamento

Non solo bilanciamento, quali sono le altre 5 funzioni di un sistema BMS intelligente?

Il corretto bilanciamento di un pacco batterie al litio è forse la funzione più importante di un sistema BMS, un processo essenziale per garantire massima efficienza e un’elevata capacità per tutto il ciclo di vita della batteria.

Il Flash Balancing System proprietario di Flash Battery, agendo in attivo e in passivo, con una potenza di bilanciamento molto superiore rispetto ai sistemi BMS tradizionali (20A), non solo a fine ciclo, ma anche in modo attivo durante la carica e la scarica, garantisce un tempo di bilanciamento ultraveloce, assicurando sempre il massimo dell’autonomia alle batterie al litio Flash Battery.

Ma Battery Management System vuole dire molto di più: viene ormai comunemente considerato il “cervello” di una batteria al litio ed è in grado di gestire la sicurezza e l’autonomia di un veicolo elettrico in modo intelligente, misurando e analizzando informazioni fondamentali di funzionamento.

Se progettato in modo attento e minuzioso, garantisce la stabilità delle prestazioni nel tempo, previene eventuali anomalie e svolge autodiagnostica e manutenzione predittiva, fornendo un controllo completo del pacco batteria a 360° gradi.

Oltre al bilanciamento quindi, le altre principali funzioni di un sistema BMS intelligente sono:

1. Monitorare in real time tutti i parametri della batteria

L’elettronica deve essere in grado di controllare in tempo reale tutte le temperature e le tensioni di ogni singola cella, misurando il flusso di corrente entrante o uscente dalla batteria. In funzione dei valori letti, il sistema BMS prenderà le decisioni strategiche per gestire al meglio la fase di carica, quella di scarica oppure semplicemente un periodo prolungato di inattività.

2. Inviare informazioni alla centralina veicolo, al controllo motore o al display di bordo

Diversamente dalle batterie al piombo, in cui era l’elettronica della macchina che definiva lo stato della batteria leggendo solo la tensione totale, nelle batterie al litio è la batteria stessa a inviare in formato digitale tutte le informazioni che la riguardano.

Tra i molteplici dati che vengono trasmessi, i principali sono:

• lo Stato di Carica (SOC) ovvero il livello di batteria rimanente
• i dati di vita della batteria, Ah erogati e cicli di vita
• i segnali per la gestione di azioni particolari come, ad esempio, la disabilitazione di alcune funzionalità della macchina in funzione dello stato di carica o della temperatura

3. Comandare il caricabatterie

Nelle batterie al litio, il caricabatterie è un semplice alimentatore che eroga la corrente richiesta dalla batteria; la curva di ricarica è fatta dalla batteria stessa in funzione delle esigenze di ogni singola cella. Il protocollo di comunicazione tra il caricabatterie e la batteria è solitamente di tipo CANBUS, se invece si utilizzano standard automotive come, ad esempio, la carica CCS Combo (lo standard europeo per la ricarica veicolare) il protocollo sfrutta una comunicazione Power line.

4. Riscaldare e raffreddare il pacco batterie al litio

In funzione dell’applicazione e dei luoghi di utilizzo, la batteria può essere dotata di sistemi riscaldanti o raffreddanti, il BMS interno alla batteria si occupa della loro attivazione e disattivazione in funzione delle esigenze della batteria e dello stato della macchina.

5. Effettuare analisi predittiva durante tutta la vita del mezzo

I sistemi BMS più evoluti, oltre alle funzioni sopra descritte sono incaricati di raccogliere tutti i dati più significativi, inviarli nel cloud e analizzarli. Flash Battery ha sviluppato il Flash Data Center, una piattaforma proprietaria che analizza quotidianamente tutti i cicli di carica e scarica delle batterie interconnesse. Tramite algoritmi di intelligenza artificiale il Flash Data Center previene eventuali anomalie prima che si verifichino, inviando alert automatici al service center Flash Battery ed evitando così, onerosi fermi macchina.

Un sistema BMS per interpretare le esigenze specifiche di un veicolo elettrico speciale: il caso dell’autobetoniera ibrida Energya

Abbiamo elencato le caratteristiche per un funzionamento“standard” di un buon sistema BMS all’interno di una batteria al litio, ma sappiamo bene che il mondo delle macchine industriali e dei veicoli elettrici è composto per la maggior parte da mezzi speciali, i quali hanno esigenze estremamente specifiche.

Risulta per questo essenziale affidarsi a produttori di batterie al litio che realizzano internamente l’elettronica di controllo; rivolgersi a semplici assemblatori vorrebbe dire allungare enormemente i tempi di sviluppo in fase di prototipazione, così come i tempi di intervento in caso di assistenza.

Ma parliamo di un caso reale:

Con l’obiettivo di confermare la sostenibilità come uno dei valori guida nello sviluppo dei propri prodotti, già dal 2011 il leader nella produzione di autobetoniere, pompe autocarrate e impianti di betonaggio, Cifa Spa, si è affidato all’esperienza di Flash Battery per l’elettrificazione dei propri mezzi, tra cui l’autobetoniera ibrida Energya e la prima betonpompa ibrida plug-in al mondo, Il Magnum MK28E.

Entrambi i progetti hanno richiesto un importante lavoro di studio a quattro mani, volto a sviluppare una batteria personalizzata a misura delle richieste dell’applicazione, che avesse rese altamente performanti, possibilità di ricariche rapide, alta resistenza ai fattori climatici, così come agli stress meccanici che mezzi speciali di questo tipo devono sopportare nel loro impiego quotidiano.

La progettazione di un sistema BMS custom

Oltre alla meccanica dedicata, anche il Battery Management System è stato sviluppato ad hoc per venire incontro alle richieste del veicolo: tramite il sistema BMS, la batteria controlla infatti il carica batterie a bordo e, allo stesso tempo, la carica di un caricatore più rapido a terra con standard automotive.

Il pacco batterie al litio, inoltre, dialoga con la centralina del veicolo, che dirama a sua volta le informazioni per il display e per la gestione della potenza dei motori di trazione/funzioni specifiche (ad esempio per fare girare la botte o per pompare il calcestruzzo). La batteria, infine, controlla i generatori, il sistema di riscaldamento integrato e la misurazione dell’isolamento, per garantire la sicurezza dell’intero mezzo.

Il sistema BMS è il primo alleato della chimica della batteria al litio

Un Battery Management System intelligente gioca quindi un ruolo fondamentale per la corretta gestione delle performance e della vita di una batteria al litio, ma dobbiamo ricordare che il suo lavoro va di pari passo con quello di un altro importante alleato: la chimica.

Un buon sistema BMS, infatti, può fare la differenza nello sfruttare al meglio la chimica al litio prescelta, che da sola gioca oltre un 70% di importanza nella definizione delle corrette prestazioni di una batteria al litio.

Grazie al BMS, la chimica potrà però essere migliorata, garantendo affidabilità e performance uguali nel tempo, che si traducono in un mezzo che perde il meno possibile in termini di percentuale di state of health o di range, mantenendo inalterate le performance a diverse temperature, perché il software è in grado di gestire e controllare tutti i dispositivi che ruotano intorno alla batteria e, se studiato bene insieme a una parte hardware, potrà aiutare a ridurre i tempi di ricarica, come nel caso del nostro Flash Balancing System.