Caratterizzazione di una batteria agli ioni di litio per la gestione ottimale di un sistema di accumulo ibrido

The usage of different storage systems (e.g., in automotive applications) calls for the definition of suitable management algorithms. One of the main tasks of these algorithms is the definition of the load share among all devices. This thesis presents a control algorithm for the real-time management of the power share between loads, electrical sources and different storage systems in a DC distribution framework. The aim is to maximize the efficiency of the storage systems by minimizing their losses. After an introduction on automotive applications, DC/DC converters and storage systems, the thesis presents the dynamic models of lead-acid and lithium-ions (Li-ions) batteries and supercapacitors. The work has been focused on the model parameters estimation for Li-ions batteries and the experimental results on a SAFT Intensium 3 battery are reported. For an effective exploitation of the minimization algorithm state of charge (SoC) of the batteries and currents flowing in the parallel R-C branches of the models of batteries and supercapacitors need to be known. One of the results of this work is the proposal of an algorithm for the estimation of these currents. Finally, the thesis reports the results obtained by simulating the behaviour of a system made up of a DC bus, a lithium-ion battery, a supercapacitors bank and an active load. The load power profile is taken from standard automotive test profiles.

L’impiego dei sistemi di accumulo in ambito automotive rende necessaria l’implementazione di algoritmi di controllo e gestione degli stessi. Tra i compiti svolti da tali algoritmi, vi è quello della definizione della ripartizione del carico tra i vari dispositivi. Il lavoro di tesi presenta un algoritmo di controllo per la gestione in real-time della ripartizione della potenza tra carichi, sorgenti elettriche e diversi sistemi di accumulo connessi a un DC bus. L’obiettivo è quello di massimizzare l’efficienza di questi ultimi minimizzando le perdite. Dopo un’introduzione sull’automotive, sui convertitori DC/DC e sugli accumuli, vengono presentati i modelli dinamici delle batterie al piombo e agli ioni di litio (Li-ions) e dei supercondensatori. Per gli accumulatori Li-ions viene illustrata la procedura sperimentale per la determinazione dei parametri del modello e vengono riportati i risultati ottenuti dalle prove sperimentali svolte su una batteria SAFT Intensium 3. L’impiego dell’algoritmo di minimizzazione presuppone la conoscenza dello stato di carica (SoC) delle batterie e delle correnti che circolano nei rami R-C parallelo dei modelli delle batterie e dei supercondensatori. Nella tesi viene proposto un algoritmo per la stima di tali correnti. Infine, vengono riportati i risultati ottenuti simulando il comportamento di un sistema costituito da un DC bus, una batteria agli ioni di litio, un banco di supercondensatori e un carico attivo che emula i profili di potenza di alcuni test automobilistici standard.