Nuovo brevetto Flash Battery: BMS con spettro di impedenza per una gestione predittiva delle batterie

Dallo spettro di impedenza allo State of Health

L’elettrificazione industriale sta entrando in una nuova fase: oggi non si discute più solo di chimica o di formato cella, ma di come gestire in modo sempre più intelligente, sicuro e predittivo le batterie lungo tutto il loro ciclo di vita.

È in questo contesto che nasce il nostro nuovo brevetto: “Balancing system for cells of a battery with integrated spectroscopic impedance measurement system”.

Un’evoluzione naturale del nostro sistema di bilanciamento proprietario BBS che introduce una funzionalità avanzata: la misura dello spettro di impedenza delle celle direttamente all’interno del nostro Battery Management System.

L’obiettivo è chiaro: ottenere informazioni avanzate sullo stato reale della batteria, migliorando sicurezza, diagnostica predittiva e gestione della vita utile.

Un’evoluzione progettata a partire dal Flash Balancing System

Il punto di partenza è il nostro Flash Balancing System, la soluzione tecnica che da anni caratterizza i sistemi Flash Battery.

Il primo brevetto, depositato alcuni anni dopo l’introduzione pratica del sistema sul mercato, tutela l’architettura peculiare su cui si basa il BMS delle nostre batterie:

• Dispositivi di potenza centralizzati (master)
• Elettronica distribuita (slave)
• Una connessione di potenza condivisa tra tutte le celle.

Questa architettura consente un bilanciamento ad alta potenza, migliorando l’omogeneità delle celle, la durata del pacco e le prestazioni complessive.

Il nuovo brevetto è una soluzione progettata per integrare, sfruttando l’architettura BMS, una nuova funzionalità di misurazione avanzata, ovvero la misura dell’impedenza e dello spettro di impedenza delle celle.

Impedenza: una misura nota, una sfida nuova

Il nostro CTO, Alan Pastorelli, spiega: "L’impedenza è una grandezza elettrica, al pari di tensione e corrente. Misurarla significa quantificare come una cella reagisce a una sollecitazione elettrica variabile".Quando parliamo di spettro di impedenza, intendiamo una serie di misure effettuate a frequenze diverse, che restituiscono una vera e propria “firma elettrica” della cella.Questa firma cambia nel tempo e riflette lo stato interno della batteria."

La tecnica è nota come EIS – Electrochemical Impedance Spectrum ed è ampiamente utilizzata in laboratorio, anche in ambiti diversi dalle batterie. Un esempio noto è la bioimpedenza per la misura della massa grassa corporea.

La vera sfida non è quindi la misura in sé, ma portarla fuori dal laboratorio, rendendola:

• integrabile nel BMS
• affidabile in condizioni reali
• sostenibile in termini di costi, ingombri e robustezza.

Ed è proprio qui che si concentra il nostro brevetto. Perché lo spettro di impedenza è strategico per il BMS

Lo spettro di impedenza rappresenta una delle tecnologie più avanzate per analizzare il comportamento interno delle celle. Integrarlo direttamente nel BMS significa portare una tecnica da laboratorio in applicazioni industriali reali, aprendo la strada a una gestione più evoluta e predittiva delle batterie.

Raccogliere più dati per capire davvero la batteria al litio

Oggi tutti i BMS misurano tre grandezze fondamentali:

• Tensione
• Corrente
• Temperatura

Sono i requisiti minimi per garantire sicurezza e funzionalità.
Con queste sole informazioni, però, è difficile avere un quadro davvero completo di “come sta” la batteria.

Con questo brevetto vogliamo rispondere a domande sempre più centrali per OEM e utilizzatori:

• Quanta vita utile resta davvero alla batteria?
• Il degrado sta seguendo l’andamento previsto?
• Quando sarà necessario pianificare la sostituzione?
• Ci sono segnali precoci di rischio per la sicurezza?

L’impedenza è una delle grandezze più promettenti per colmare questo gap informativo, perché consente di ottenere dati aggiuntivi sullo stato interno delle celle, da correlare a indicatori chiave per l’utilizzatore finale.

State of Health: come valutare la vita utile della batteria

Lo State of Health (SoH) indica quanto una batteria è all’interno della sua vita utile.
Si esprime in percentuale:
100% = batteria nuova;
valori inferiori = degrado progressivo nel tempo

Nella pratica, lo SoH non arriva mai a zero. Molto prima, la batteria smette di essere adatta all’applicazione per cui è stata progettata.

Un esempio concreto? Il telefono cellulare che ciascuno di noi ha in tasca: quando la batteria comincia a garantire solo poche ore di autonomia, la sostituiamo (o cambiamo direttamente il dispositivo).

Nel settore veicolare, ad esempio, si considera spesso una capacità residua dell’80% come soglia di fine vita funzionale. In applicazioni come l’energy storage, dove l’autonomia è meno critica, si può scendere ulteriormente. Ma non si tratta di individuare il numero.

Come sottolinea Alan Pastorelli: “Il punto centrale è la possibilità di conoscere in modo affidabile dove si trova oggi la batteria lungo il suo ciclo di vita”.

Questo permette di: verificare se il comportamento reale è coerente con le aspettative iniziali; stimare la vita residua sulla base dell’uso reale; pianificare in anticipo investimenti e sostituzioni.

Detto in altre parole, questo sistema consente di passare da una logica reattiva a una gestione programmata del parco batteria.

State of Safety: Anticipare il rischio nelle batterie, non subirlo

Insieme alla durata, c’è un altro aspetto fondamentale da considerare: la sicurezza.
Continuare a utilizzare una batteria esausta non ha senso né dal punto di vista prestazionale né da quello della sicurezza.

L’obiettivo è accorgersi il prima possibile di quando l’usura possa compromettere la sicurezza, così da poter intervenire in modo preventivo.

In questo senso, l’impedenza può diventare un indicatore prezioso per costruire uno State of Safety più evoluto, capace di leggere segnali deboli e anticipare condizioni potenzialmente critiche, evitando eventi imprevisti.

Gli indicatori “SOX” per una visione completa dello stato batteria

Oltre a State of Health e State of Safety, esistono diversi altri indicatori:

• State of Charge (SoC) → livello di carica
• State of Power (SoP) → potenza disponibile in sicurezza
• altri “State of X” derivati da modelli avanzati.

L’obiettivo è costruire una visione completa dello stato della batteria, che integri carica, salute, sicurezza e capacità di erogazione, supportando decisioni operative e strategiche sempre più consapevoli.

La capacità di stimare correttamente lo stato di salute della batteria è oggi uno dei principali driver nello sviluppo di sistemi avanzati di monitoraggio e manutenzione predittiva.

Misura dell’impedenza nel BMS: la sfida hardware

Il cuore del brevetto riguarda l’hardware: sviluppare un BMS in grado di effettuare la misura dell’impedenza in modo corretto e ripetibile, direttamente a bordo batteria.

Se in laboratorio questa misura è già possibile, in ambito veicolare entrano in gioco vincoli stringenti:

• costi
• ingombri
• affidabilità

La difficoltà nelle applicazioni reali è resa poi più significativa poiché il valore di impedenza da misurare richiede estrema sensibilità, anche considerando le capacità elevate delle celle.

Il brevetto si concentra proprio su come sfruttare l’architettura BMS per rendere questa funzionalità tecnicamente ed economicamente sostenibile per applicazioni industriali reali.

Dal laboratorio al campo: dati reali per modelli predittivi

In parallelo allo sviluppo concettuale, stiamo già lavorando su test sperimentali:

• In laboratorio, facendo invecchiare artificialmente le celle e monitorandole nel tempo.
• Sul campo, analizzando batterie che operano in condizioni particolarmente gravose.

Le applicazioni di E80 Group, ad esempio, attive 24/7 e caratterizzate da ricariche rapide, rappresentano un caso ideale: consentono di raccogliere grandi quantità di dati in tempi più brevi.

L’accesso ai dati di migliaia di batterie connesse raccolti attraverso il nostro Flash Data Center ci permette di sviluppare modelli sempre più solidi e di validare sul campo le correlazioni tra impedenza, degrado e sicurezza

Intelligenza artificiale e batterie: dal dato all’informazione

Misurare l’impedenza è solo il primo passo. Lo State of Health non si misura, si calcola.

Servono algoritmi, modelli di analisi dati e strumenti di intelligenza artificiale applicati alle batterie, capaci di correlare i dati di base con indicatori affidabili.

Questa attività fa parte del nostro know-how interno e viene sviluppata sia:

• a livello embedded, all’interno della batteria;
• a livello cloud/data center, sfruttando i dati raccolti sul campo.

Come chiarisce Alan Pastorelli: "L’AI non sostituisce l’ingegneria, ma ne amplifica il potenziale, accelerando l’analisi e migliorando progressivamente la precisione delle previsioni".

La prossima generazione della gestione batteria, il bms predittivo

Il nuovo brevetto con titolo “Sistema di bilanciamento per le celle di una batteria con sistema spettroscopico di misurazione dell'impedenza integrato“, già registrato in Italia e avviato ai percorsi di valutazione europei, rappresenta per noi un passo strategico verso il BMS del futuro.

Un BMS che non si limita a monitorare parametri istantanei, ma che:

• interpreta il comportamento profondo delle celle;
• anticipa l’evoluzione dello stato di salute;
• supporta decisioni di manutenzione, investimento e gestione del ciclo di vita.

In un contesto di elettrificazione industriale sempre più complesso, la capacità di trasformare i dati in informazioni predittive diventa un fattore competitivo fondamentale per OEM e system integrator.

Perché nell’elettrificazione industriale di oggi, e ancor più di domani, la qualità dell’informazione è parte integrante della performance.