Progettazione di un'architettura elettronica innovativa per lo studio dell'aging di sistemi di celle al litio

Nella società moderna la mobilità è un dato di fatto alla base della crescita economica e sociale mondiale. Tuttavia, la mobilità ha un suo prezzo. E l’ironia della sorte vuole che la crescente domanda di trasporti sia accompagnata da problemi che minacciano il sistema sociale che questi dovrebbero favorire. Innanzitutto in termini di esternalità quali l’inquinamento atmosferico e l’inquinamento acustico e sicuramente in termini di costi delle fonti energetiche. Basti pensare che il 25% del fabbisogno energetico mondiale nonché la medesima percentuale di anidride carbonica antropogenica prodotta annualmente è da attribuire ai sistemi di trasporto. In questo scenario si impone pertanto che la crescita dei trasporti sia per questi aspetti resa sostenibile. Ad oggi, la tecnologia della trazione elettrica ha dimostrato di essere la chiave di volta della mobilità sostenibile. La priorità della trazione elettrica veicolare su strada quale fattore primario della mobilità sostenibile è ampiamente riconosciuta a livello mondiale da Cina, Stati Uniti e, più recentemente, Europa, assumendo un ruolo prioritario nei rispettivi programmi di ricerca/sviluppo a breve/medio termine. Tuttavia questo non senza problemi. In particolare i veicoli elettrici quale alternativa ai veicoli con motore a scoppio vedono il principale limite nella limitata autonomia e durata degli accumulatori usati per immagazzinare l’energia. Si pensi che il rapporto tra il costo del kWh “alla ruota” prodotto mediante idrocarburi e prodotto mediante energia elettrica è pari circa a 10, rapporto che si riduce a poco più di 2 considerando il degrado degli accumulatori. Risulta pertanto strategico nello sviluppo della tecnologia dei veicoli elettrici l’affidabilità degli accumulatori e più in generale la gestione del flusso energetico entrante e uscente da questi. Allo stato dell’arte non esiste una modellizzazione degli accumulatori, né empirica né tantomeno analitica, che ne dia una caratterizzazione comportamentale. Se da un lato tale indagine riguarda la chimica dei componenti costituenti, dall’altro sia la caratterizzazione che la conseguente gestione ottimizzata comportano la concezione e lo sviluppo di nuove soluzioni architetturali elettroniche di controllo, in senso lato di digital power management. Obiettivo del lavoro di tesi è stato il progetto e la realizzazione di una piattaforma hardware che consenta di eseguire una caratterizzazione degli accumulatori in termini di invecchiamento e conseguente degrado delle prestazioni ("aging") per differenti condizioni operative. Peculiarità del sistema è la configurabilità e la programmabilità che ne fanno un carico attivo "intelligente" fatto per condurre in modo automatico lo studio statistico dell'evoluzione delle caratteristiche degli accumulatori in funzione di cicli di profili arbitrari di carica-scarica. L'architettura realizzata è mista analogico-digitale e può essere completamente gestita attraverso un'interfaccia utente ad alto livello appositamente sviluppata. L'attività ha condotto ad avere un prototipo funzionante che attualmente è impiegato in una prima campagna di misure per la valutazione degli effetti di aging.