Ottenere il massimo dalle batterie agli ioni di litio

Sul mercato sono disponibili numerose batterie per uso industriale, tra cui batterie al piombo acido, NiCD e agli ioni di litio (Li-ion). Le batterie agli ioni di litio sono tra le più comuni nel settore, utilizzate nelle sottostazioni di trasmissione e distribuzione, nell'energia solare, nella manutenzione UPS, nelle telecomunicazioni e nelle applicazioni di data center. Data la loro importanza in tali sistemi, queste batterie devono essere regolarmente testate e sottoposte a manutenzione per garantire il corretto funzionamento.

Esistono diverse varietà di batterie agli ioni di litio, ciascuna costituita da diverse sostanze chimiche con le proprie caratteristiche e configurazioni. Tuttavia, tutte le batterie agli ioni di litio sono realizzate con celle ricaricabili che possono essere incorporate in due diverse configurazioni: cilindriche e prismatiche. Una configurazione cilindrica è preferibile per le applicazioni ad alte prestazioni perché è più efficace nella dissipazione del calore. Le configurazioni prismatiche, d'altra parte, sono migliori per ottimizzare l'efficienza energetica. A prescindere dalla configurazione, tutte le batterie agli ioni di litio finiscono per subire gli effetti del tempo. 

Invecchiamento della batteria 

Le batterie non durano per sempre, ma se vengono utilizzate correttamente, testate e sottoposte a manutenzione frequente, possono durare a lungo e magari anche più del previsto!

Parlare di invecchiamento in riferimento ad una batteria significa includere sia l'invecchiamento temporale che del ciclo di accensione e spegnimento della batteria. L'invecchiamento temporale si verifica sia durante la conservazione della batteria che durante la manutenzione. È fortemente influenzato dal tipo di materiale dell'elettrodo positivo, dalla temperatura e dalla tensione di esercizio che la batteria ha utilizzato nel tempo. L'invecchiamento del ciclo di accensione e spegnimento influisce sia sugli elettrodi positivi che su quelli negativi. La velocità di invecchiamento della batteria dipende anche dalla frequenza e dalla profondità del ciclo di accensione e spegnimento e dalla velocità di carica.

Entrambe le forme di invecchiamento portano alla degradazione e al malfunzionamento della batteria. Tuttavia, è importante notare che le batterie agli ioni di litio non si guastano solo a causa dell'invecchiamento. 

Modalità di guasto 

Altre modalità di guasto delle batterie agli ioni di litio includono cortocircuiti, scarica eccessiva, sovraccarico, fughe termiche e guasti elettronici. La buona notizia è che queste batterie sono dotate di sistemi di gestione della batteria (BMS, battery management systems) integrati che hanno lo scopo di mantenere la sicurezza della batteria e ridurre la probabilità di guasti catastrofici monitorando elementi quali tensione, temperatura, velocità di scarica e velocità di ricarica. Tuttavia, in alcuni casi il BMS non è sufficiente per rilevare problemi prima che si verifichino guasti alla batteria. 

Ruolo chiave della manutenzione 

Per ridurre i guasti, le batterie agli ioni di litio devono essere testate e sottoposte a manutenzione in modo appropriato, in particolare quando vengono utilizzate in applicazioni cicliche.

Nelle applicazioni cicliche, la stringa della batteria si scarica e si ricarica con un ciclo regolare. Le applicazioni di immagazzinamento dell'energia, come l'energia solare ed eolica, sono un tipico esempio in cui le batterie si caricano e si scaricano secondo un programma quotidiano. Di conseguenza, in queste applicazioni cicliche possono verificarsi errori nelle stringhe delle batterie agli ioni di litio a causa di guasti elettronici, collegamenti scadenti o celle malfunzionanti. Per identificare questi problemi prima che si verifichino guasti alla batteria, è necessario misurare la tensione e l'impedenza di ciascuna batteria. In questo modo è possibile trovare batterie con un funzionamento diverso dal resto della stringa, in modo da isolare eventuali problemi.

Test e misurazioni 

Disporre del tester giusto è importante quando si tenta di valutare il motivo del malfunzionamento di una stringa. Il tester deve essere in grado di eseguire misurazioni di tensione e impedenza su tutte le batterie agli ioni di litio. Uno di questi strumenti è il BITE5 di Megger. Questo tester per batterie portatile consente di memorizzare i risultati e di individuare tendenze nel tempo per ogni cella e può misurare e registrare l'uscita di celle solari e le scatole di giunzione negli impianti solari fino a 1000 V CC. 

Il modello BITE5 è il tester per batterie più recente di Megger ed è in grado di misurare e registrare la tensione CA fino a 600 V, la tensione CC fino a 1000 V, la tensione di ripple, la corrente CC, la corrente CA e la temperatura. È inoltre in grado di eseguire test di impedenza su celle fino a 200 V, consentendo di identificare le celle difettose.

Il BITE5 può essere utilizzato anche al posto di un monitor della tensione della batteria (BVM, battery voltage monitor) per supportare i test di scarica eseguiti con Megger TORKEL, per misurare e registrare la tensione, la corrente CC, l'impedenza e la temperatura di ciascuna cella durante il processo di scarica. Il BITE5 riduce il tempo di configurazione necessario ed elimina il rischio che i morsetti si stacchino dalla cella quando si utilizza il BVM.

Il test e la manutenzione delle batterie agli ioni di litio con l'apparecchiatura appropriata sono fondamentali per evitare guasti alle batterie e garantire il funzionamento ottimale della batteria per l'intera durata operativa.