GenMPC

Sistema di Gestione delle Batterie agli Ioni di Litio Basato su Controllo Predittivo Modello Brevettato  (PCT Nr. PCT/EP2017/050454; Brevetto Italia Nr. IT102016000002586; Brevetto USA Nr. US11,031,791; Brevetto Cina CN2017800062620).

GENBMS affronta in modo specifico il problema del disequilibrio che si verifica inevitabilmente quando si collegano più moduli in parallelo a causa delle diverse impedenze interne tra i moduli stessi. Differenze nelle proprietà di impedenza portano a una significativa disuguaglianza nelle correnti elettriche fornite da ciascun modulo, che possono variare anche oltre il 100%. Questo fenomeno comporta una riduzione della capacità del pacco batteria o, in casi estremi, attiva le protezioni interne di uno dei moduli a causa di correnti eccessive durante i cicli di carica/scarica.

La nostra tecnologia di condivisione della corrente regola le correnti tra i moduli collegati in parallelo, mantenendole uguali entro un margine del 3%. Questa funzionalità migliora notevolmente l'equilibrio delle celle, prolungando la durata e l'efficienza del pacco batteria.

I pacchi batteria agli ioni di litio di grande formato utilizzano solitamente un singolo Sistema di Gestione delle Batterie centralizzato per molte celle collegate in parallelo, allo scopo di aumentare la capacità della batteria. Tuttavia, questo approccio presenta un inconveniente in termini di affidabilità: un singolo guasto nel BMS o in una cella può causare l'arresto dell'intero pacco batteria.

Il nostro approccio per i pacchi batteria agli ioni di litio di grandi dimensioni si basa su architetture modulari, con più moduli auto-protetti di capacità ridotta, ciascuno dotato del proprio BMS intelligente. Questo metodo aumenta notevolmente l'affidabilità complessiva del pacco batteria: in caso di guasto di un modulo, solo quel modulo si arresta, mentre il pacco batteria continua a funzionare, sebbene con prestazioni leggermente ridotte.

La nostra innovativa e brevettata tecnica di condivisione della corrente tra moduli in parallelo elimina questo svantaggio, consentendo di sfruttare appieno il potenziale dell'architettura modulare.
 
Approccio al Controllo delle Batterie  
Le batterie agli ioni di litio sono uno dei componenti chiave della rivoluzione verde, ed è di fondamentale importanza conoscere, in tempo reale, la carica residua della batteria (SOC) e, considerando che tutte le batterie si degradano nel tempo, la capacità residua totale (SOH) della batteria.

SOC e SOH sono difficili da stimare con precisione, poiché dipendono da stati fisici interni della batteria che non sono direttamente accessibili. GENSOH è una suite di algoritmi basati su un avanzato modello fisico/elettrochimico di una cella agli ioni di litio, in grado di stimare accuratamente in tempo reale SOC e SOH a partire da misurazioni di tensione, corrente e temperatura delle celle che compongono la batteria. Il codice GENSOH è ottimizzato per funzionare in tempo reale direttamente sul BMS o su un microcontrollore separato che comunica con il BMS tramite CAN.

A differenza della maggior parte dei metodi utilizzati dagli attuali BMS, che richiedono una ricarica periodica della batteria al 100% per mantenere l'accuratezza a un livello accettabile, l'accuratezza di GENSOH nell'estimare SOC e SOH non diminuisce nel tempo grazie al modello fisico della cella agli ioni di litio e alla stima in tempo reale degli stati interni della cella. L'errore di GENSOH nella stima del SOC è inferiore all'1%, mentre nella stima del SOH è inferiore al 2%. Queste precisioni sono mantenute durante l'intera vita del pacco batteria. In confronto, i metodi esistenti hanno spesso errori superiori al 5-15% quando la batteria non è stata completamente ricaricata di recente. GENSOH stima anche la vita ciclica e la vita calendariale della batteria in diverse condizioni di stoccaggio e utilizzo.
GENSOH integra un algoritmo di Ottimizzazione Multi-Obiettivo in Tempo Reale, incorporato in GENBMS, per ridurre ulteriormente il costo totale di proprietà, estendendo la durata e migliorando l'efficienza dei moduli della batteria agli ioni di litio. La sicurezza e i lunghi tempi di ricarica, insieme alla riduzione della capacità e della potenza, rimangono le principali preoccupazioni per le batterie agli ioni di litio. Il modello elettrochimico di GENSOH simula il comportamento esterno della cella agli ioni di litio e prevede gli stati interni delle celle basandosi saldamente sul comportamento interno della cella a un livello profondo.

GENMPC è una strategia di controllo predittivo a ciclo chiuso. Il problema che GENMPC risolve in tempo reale è minimizzare un obiettivo (ad esempio, la durata residua utile - RUL) o una combinazione di diversi stati interni della batteria (ad esempio, RUL con lo stato di potenza - SOP). In quest'ultimo caso, GENMPC trova il miglior compromesso tra i diversi obiettivi. La funzione obiettivo consiste in un insieme di modelli elettrochimici dell'invecchiamento della cella agli ioni di litio, soggetti a un insieme di vincoli fisici e operativi. GENMPC ricerca il profilo di carica/scarica più idoneo per ottimizzare le operazioni della batteria, ad esempio massimizzando l'estensione della vita della batteria.

GENMPC calcola, a ogni intervallo di tempo, il set point della corrente di carica/scarica che minimizza, rispettando i vincoli, la funzione obiettivo su un intervallo di tempo specificato.

GENMPC utilizza a ogni intervallo di tempo gli stati effettivamente stimati della batteria, calcolati da GENSOH (ossia, l'Osservatore), e gli stati futuri stimati sono calcolati dal Predittore. Al passo successivo, il processo viene ripetuto utilizzando i nuovi ingressi/uscite misurati aggiornati (I, V, T) per stimare gli stati attuali della batteria. In questo modo, GENMPC diventa effettivamente un ciclo chiuso, migliorando drasticamente la capacità di rifiutare disturbi da parte del NMPC.
 
Caratteristiche principali

• Concetto modulare
• Caricatore integrato
• Monitoraggio web, diagnostica e manutenzione remota
• Adatto per scalabilità e ridondanza
• Affidabilità migliorata
• Efficienza migliorata
• Ottimizzazione del costo totale di proprietà delle batterie agli ioni di litio
• Modello elettrochimico a livello di cella e pacco per la stima offline e online dello stato di salute (SOH)
• Stima in tempo reale dello Stato di Carica (SOC) e dello Stato di Salute (SOH) basata su modelli elettrochimici
• Non richiede frequenti ricariche complete della batteria per mantenere un'elevata accuratezza
• Stima della vita calendariale
• Stima della vita ciclica
• Strategia di controllo ottimizzata per estendere la durata della batteria