Sistemi BMS: gestione delle batterie per auto elettriche

Sistemi BMS: gestione delle batterie per auto elettriche

Dopo aver descritto in un articolo precedente il funzionamento della batteria di un’auto elettrica, in questa pagina parliamo dei sistemi BMS, “battery management system”.
Nei pacchi batterie, sono integrate schede elettroniche che gestiscono le celle con il risultato di prolungarne il ciclo di vita.

Scopriamo perché sono importanti, che cosa fanno e quali sono i vantaggi legati al loro utilizzo.


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Che cosa sono i sistemi di controllo BMS

I sistemi di gestione della batteria prendono il nome di sistemi BMS, formato dall’acronimo inglese di “battery management system“. Si tratta di soluzioni di controllo e gestione fornite dall’elettronica per pacchi batterie ricaricabili agli ioni di litio.

Permettono di preservare buone condizioni della batteria nel tempo, facendo in modo che funzioni solo nell’ambito di parametri che assicurano una sua area di sicurezza.
Mantengono sotto controllo stato di carica e di salute della batteria, calcolano ed evidenziano i dati secondari, monitorano l’ambiente, eseguono il bilanciamento delle celle.

Perché in un’auto elettrica serve un sistema BMS

I sistemi di controllo BMS sono essenziali per via di una caratteristica propria delle batterie dei veicoli elettrici: ognuna è, in realtà, composta di tante batterie collegate insieme che vanno a costituire i cosiddetti “pacchi batterie”.

Le batterie così collegate hanno tra loro, inevitabilmente, piccole differenze di capacità, autoscarica e resistenza interna. Nonostante queste minime distinzioni, le batterie vengono caricate e scaricate tutte nel medesimo modo quando l’automobile è in funzione. Così, con il passare del  tempo, il disequilibrio tenderebbe ad aumentare finché il pacco batterie avrebbe perso la sua capacità.
Il bilanciamento del sistema BMS interviene proprio per impedire un’eventualità del genere.

Come i “battery management system” effettuano il bilanciamento

Come funziona un sistema BMS? Come avviene l’operazione di bilanciamento tra le celle dei pacchi batterie ricaricabili?

Le soluzioni per la gestione della batteria più economiche funzionano grazie all’applicazione di una resistenza in corrispondenza delle celle più alte nell’attesa che quelle più basse raggiungano lo stesso livello. Altre tipologie di BMS riescono a intervenire su ciascuna cella, garantendo un bilanciamento più veloce e un miglior controllo della temperatura.

Nello specifico, il bilanciamento delle celle effettuato dal sistema BMS può essere di due tipi:

  • bilanciamento passivo;
  • bilanciamento attivo.

Il bilanciamento passivo

Il bilanciamento passivo delle celle del pacco batteria è poco costoso ma anche poco efficiente. Utilizza delle resistenze che dissipano  energia sotto forma di calore dalle celle che presentano una carica eccessiva. Questa modalità di bilanciamento è semplice e a basso costo.

D’altra parte, presenta degli svantaggi: lentezza, generazione di calore indesiderato e livellamento della batteria alle celle con la carica più bassa.

Il bilanciamento attivo

Velocità ed efficienza sono, invece, le caratteristiche del bilanciamento attivo delle celle della batteria, che però è abbastanza costoso. Questo metodo di gestione della batteria redistribuisce la carica in eccesso tra le diverse celle nel corso dei cicli di carica e scarica. Ne beneficia l’autonomia del veicolo che è così prolungata perché aumenta la carica complessiva della batteria. Altri vantaggi del bilanciamento attivo sono la riduzione del calore generato e dei tempi di ricarica.

Altre funzioni dei sistemi BMS per pacchi batterie ricaricabili

Il bilanciamento delle celle delle batterie è senz’altro il compito più importante cui deve provvedere un sistema BMS. Ma non è l’unico. Infatti, un battery management system agisce su più fronti: sicurezza, autonomia del veicolo e analisi dei dati rilevati dal suo funzionamento. Così, previene l’insorgenza di malfunzionamenti e rappresenta uno strumento diagnostico e di manutenzione.

In particolare, oltre al bilanciamento delle celle, i sistemi di controllo di gestione della batteria eseguono altre cinque attività:

  • controllano temperatura e tensione di ciascuna cella, misurano il flusso di corrente e reagisce in modo strategico per gestire carica, scarica e inattività della batteria;
  • inviano all’elettronica della vettura informazioni sul livello di carica della batteria, ampere-ora erogati, segnali per disattivare funzioni, per esempio, sulla base della temperatura;
  • esercitano funzioni di controllo dell’alimentatore della batteria;
  • le soluzioni di gestione della batteria BMS si occupano anche di attivare i sistemi che la riscaldano o la raffreddano a seconda delle necessità;
  • i sistemi BMS più all’avanguardia utilizzano algoritmi dell’intelligenza artificiale che consentono l’invio di segnalazioni di prevenzione delle anomalie.

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