Soluzioni innovative per testare lo stato di salute delle batterie attirano ricercatori ed industria, per studiarne la dinamica di invecchiamento e deciderne i futuri utilizzi
C’è davvero molto interesse per il settore dei test sulle celle che forniscono l’energia ai veicoli elettrici e ai sistemi di stoccaggio. Una recente nota stampa dell’ENEA ci fa sapere che è stato brevettato un nuovo metodo da tre ricercatori italiani del Laboratorio Sistemi e Tecnologie per la Mobilità Sostenibile, validandolo sia attraverso simulazioni che con test su sistemi reali.
“I pacchi batterie utilizzati all’interno dei veicoli elettrici o per applicazioni stazionarie sono realizzati collegando insieme tra di loro più gruppi di celle elementari. È possibile dimostrare che in un pacco batterie la cella più degradata, con prestazioni inferiori alle altre, influenza il comportamento di tutto l’insieme, e che con l’invecchiamento la differenza di prestazioni tra le singole celle tende ad acuirsi” spiega Manlio Pasquali, cui si deve il brevetto insieme a Natascia Andrenacci e Francesco Vellucci, che prosegue “attraverso il metodo che abbiamo sviluppato, si può individuare la singola cella degradata o l’intero gruppo di cui fa parte, decidendo quindi di sostituire l’elemento o l’intero pacco” .
Il sistema brevettato poggia su un software che prende in considerazione le prestazioni di una cella standard su un ciclo di riferimento scelto dall’utente, definite in base alle informazioni fornite dal produttore, e quelle di una cella degradata al punto da essere destinata al riciclo, definite in base alle caratteristiche della specifica applicazione e le relaziona alle prestazioni di ogni singolo gruppo di celle che costituisce il pacco batterie. I dati ricavati dal sistema permettono di analizzarne la dinamica di invecchiamento e/o stimarne il tempo o i cicli di vita residui.
Attualmente la ricerca internazionale è interessata a trovare sistemi o metodi di diagnostica sia per individuare eventuali problemi tecnici che per prevedere la vita residua di tutto l’insieme. Episodi di richiami dai grandi volumi come quelli di Hyundai e di General Motors hanno evidenziato numerose cause o concause di malfunzionamento di una cella: strati di separatori posati in modo inadeguato, saldature imperfette o gruppi disconnessi.
“In genere i metodi proposti in letteratura richiedono molto tempo per i test e l’utilizzo di strumentazioni di misura sofisticate e costose. Uno dei vantaggi dell’utilizzo di questo sistema è che non richiede alcuna strumentazione dedicata, ma utilizza solo quella standard già predisposta nel pacco batterie, così come il test che richiede una operazione standard eseguita periodicamente sul pacco”, conclude il ricercatore dell’ENEA.
Che l’interesse nel ramo sia palpitante lo conferma che poche ore dopo il gruppo Volkswagen ha rivelato il lancio di un software di analisi chiamato BattMan ReLife. Il rapido controllo effettuato dal software come diagnosi iniziale, viene già utilizzato dall’inizio dell’anno in un impianto pilota per il riciclo delle batterie che Volkswagen Group Components gestisce presso lo stabilimento di Salzgitter in Germania, il centro di competenze per il settore dell’intero gruppo di Wolfsburg.
Secondo il colosso automobilistico tedesco, BattMan (Battery Monitoring Analysis Necessity) è in grado di determinare lo stato di salute delle batterie in pochi minuti. Lo strumento può effettuare un rapido controllo della batteria quando i veicoli elettrici hanno raggiunto la fine della loro vita utile per uso veicolare: il nuovo software aiuta a valutare come utilizzare al meglio la batteria usata in un quadro di economia circolare.
Questo software Volkswagen si fa paladino dell’uso ottimale delle risorse: a seconda delle prestazioni accertate dal sistema di prova, la batteria può essere riutilizzata completamente o in parte in un altro veicolo, o in un’ottica second life come dispositivo di accumulo di energia mobile o fisso, oppure i suoi materiali attivi e non possono essere reimmessi nella produzione di celle attraverso processi di riciclo.
La prima versione del software BattMan è stata inizialmente sviluppata presso la fabbrica belga di Forest da Audi Brussels Quality Assurance per l’analisi rapida e accurata della batteria dei Modelli Audi E-Tron e poi utilizzato come strumento diagnostico da diversi marchi del gruppo Volkswagen.
Il software è stato poi ulteriormente sviluppato in collaborazione con esperti di riciclo di Volkswagen Group Components per l’apertura dell’impianto pilota di riciclaggio delle celle presso il sito di Salzgitter all’inizio dell’anno.
Si è così arrivati ad affinarlo al punto che, dopo diversi mesi di programmazione e test, BattMan ReLife è diventata la soluzione privilegiata e preferita di analisi per fornire una valutazione iniziale affidabile in pochi minuti, quando questo processo richiedeva inizialmente diverse ore al personale specializzato.
In questo caso pertanto si può ben dire che “size matters” e che la possibilità di cooperazione tra divisioni di un grande gruppo automotive dimostri i suoi vantaggi, come ha sottolineato Volker Germann, il CEO di Audi Brussels: “lo sviluppo di BattMan ReLife è un ottimo esempio del successo che porta la cooperazione tra i vari marchi del gruppo Volkswagen”.
Il controllo rapido viene eseguito con questa procedura di massima: dopo aver collegato le prese a bassa tensione, il dispositivo verifica se la batteria è in grado di comunicare e trasmettere dati. Successivamente, è possibile determinare e visualizzare i messaggi di errore, la resistenza di isolamento, la capacità, le temperature e le tensioni delle celle.
“Siamo in grado di misurare tutti i parametri più importanti di una cellula. Quindi un sistema a semaforo indica lo stato cella per cella: il verde significa che una cella è in buone condizioni, il giallo significa che richiede un’ispezione più attenta e il rosso significa che la cella è fuori servizio”, ha spiegato Axel Vanden Branden, tecnico addetto ai controlli qualità presso Audi Brussels .
Ciò determina le condizioni generali della batteria e il modo in cui deve essere gestita. Le batterie con prestazioni da buone a ottime vengono inviate per la rigenerazione e continuano a essere utilizzate come parti di ricambio in un veicolo elettrico.
Se la batteria ha ancora uno stato di prestazioni da medio a buono, viene utilizzata in un’applicazione Second Life. Secondo il gruppo tedesco, questo può essere il caso di una stazione di ricarica rapida, oppure un robot di ricarica mobile, un sistema di trasporto ad elevata automazione, un mezzo industriale, un sistema di stoccaggio domestico o un sistema di backup dell’alimentazione di emergenza.
Le batterie veramente a fine vita saranno riciclate presso lo stabilimento pilota Volkswagen Group Components di Salzgitter entrato in funzione all’inizio del 2021, dove verranno scomposte in singole parti come alluminio, rame, plastica e black mass utilizzando processi meccanici.
La polvere nera contiene le materie prime più ambite della batteria agli ioni di litio, come nichel, manganese e cobalto, nonché grafite, che possono essere separate da partner specializzati mediante processi idro-metallurgici e quindi rielaborate in materiale catodico o anodico. Altri materiali non attivi come alluminio e rame dei collettori di corrente sono ugualmente ben accetti nel processo di riciclo.
Frank Blome, il responsabile della tecnologia delle batterie in Volkswagen Group Components ha commentato: “sappiamo che i materiali delle batterie riciclati sono efficaci quanto quelli nuovi. Questi materiali riciclati verranno utilizzati in futuro per fornire le nostre attività di produzione di celle”. I software che rendono più pratiche ed efficienti soluzioni di riciclo non sono solo un bene per le imprese ma, su vasta scala, anche un bene per l’uso corretto e sostenibile delle risorse globali.