Implementazione del metodo Coulomb counting per la previsione del fine vita utile di batterie agli ioni di litio

Electricity storage systems play a predominant role in the development of mobile technologies, characterized by the absence of fixed power supply from the normal distribution network, as well as being an important support for the optimization of networks characterized by generation plants distributed throughout the territory, typically powered by renewable energy. Therefore, countless storage technologies have been developed, which lend themselves to particular operating conditions or application areas. The technology that is gaining the upper hand over the others, thanks to its high energy and power density performance, at the expense of low weight, is lithium-ion storage. In fact, lithium electrochemical cells are used in the majority of power and energy applications, as they have a considerable transversality of use. One of the most important modern challenges is the diagnostics of storage systems, which allows to understand the state of health of the storage systems in order to avoid disruptions due to discontinuity of operation or inability to store energy produced by non-programmable energy sources. Therefore, a series of different methods have been introduced with the aim of analysing the characteristic quantities of electrochemical cells, such as storage capacity and state of health, defined SOH - State Of Healt. In this thesis work different storage technologies are analyzed, in terms of efficiency, application and cost, in order to focus the study on the formulation of an aging model of lithium-ion electrochemical cells, based on the counting of ampere-hour that the cells exchange during normal operation, with the aim of making a prediction of the end of life of the batteries under examination.

I sistemi di accumulo di energia elettrica ricoprono un ruolo predominante nello sviluppo delle tecnologie mobili, caratterizzate dall’assenza di alimentazione fissa dalla normale rete di distribuzione, oltre a risultare un importante supporto per l’ottimizzazione di reti caratterizzate da impianti di generazione distribuiti nel territorio, tipicamente alimentati da energie rinnovabili. Sono state perciò sviluppate innumerevoli tecnologie di accumulo, che si prestano a particolari condizioni operative o ambiti applicativi. La tecnologia che sta prendendo il sopravvento sulle altre, grazie alle prestazioni alla elevata densità di energia e di potenza che la caratterizza, a discapito di un peso ridotto, è l’accumulo agli ioni di litio. Infatti, le celle elettrochimiche al litio sono impiegate nella maggior parte delle applicazioni di potenza e di energia, in quanto dotate di una notevole trasversalità di utilizzo. Una delle più importanti sfide moderne è la diagnostica dei sistemi di accumulo, che permetta di comprendere lo stato di salute dei sistemi di accumulo in modo da evitare disservizi dovuti a discontinuità di funzionamento o incapacità di accumulo di energia prodotta da fonti energetiche non programmabili. Sono stati pertanto introdotti una serie di metodi differenti che hanno come scopo l’analisi delle quantità caratteristiche delle celle elettrochimiche, quali la capacità di accumulo e lo stato di salute, definito SOH – State Of Healt. In questo lavoro di tesi vengono analizzate diverse tecnologie di accumulo, in termini di efficienza, applicazione e costo, al fine di concentrare lo studio sulla formulazione di un modello di invecchiamento di celle elettrochimiche agli ioni di litio, fondato sul conteggio degli ampere-ora che le celle scambiano durante l’ordinario funzionamento, con l’obiettivo di effettuare una previsione del fine vita utile delle batterie in esame.