Alimentatori bidirezionali in sistemi ESS e Smart Grid per supportare la Seconda Vita delle Batterie dei veicoli elettici

Alimentatori bidirezionali Infypower e Second Life Batteries (SLB)

Alimentatori bidirezionali in sistemi ESS e Smart Grid per supportare la Seconda Vita delle Batterie dei veicoli elettici

Second Life Batteries: il riutilizzo delle batterie a litio dei veicoli elettrici e il ruolo degli alimentatori bidirezionali

Il ciclo di vita delle batterie al litio utilizzate nei veicoli elettrici (EV) è un tema centrale nei dibattiti sulla sostenibilità ambientale e la transizione energetica. Man mano che i veicoli elettrici sostituiscono quelli a combustione interna, la questione di cosa fare delle batterie a fine vita assume un’importanza strategica, non solo per l’industria Automotive, ma anche per il settore Energy.

Una volta esaurito il loro ciclo primario, infatti, queste batterie conservano una capacità residua del 75-80%, offrendo l’opportunità di essere riutilizzate in applicazioni stazionarie meno energivore.

La reintegrazione di queste batterie, conosciute come SLB – Second Life Batteries, pone però sfide tecniche specifiche.

Giovanni Andreazza, specialista di CONSYSTEM, ci aiuta ad approfondire il tema.

Come Ottimizzare la Seconda Vita delle Batterie degli EV?

Entro il 2030, si prevede che il numero di EV sulle strade passerà dai 30 milioni del 2022 a 240 milioni. Di conseguenza, aumenterà il numero di batterie al litio che raggiungeranno la fine del loro primo ciclo di vita. Pur avendo perso il 20-30% della loro capacità iniziale, queste batterie presentano ancora un potenziale significativo di stoccaggio energetico e possono trovare una seconda vita in applicazioni come i sistemi di energy storage (ESS) e le soluzioni smart grid.

Le SLB rappresentano quindi una risorsa preziosa per stabilizzare la rete e integrare fonti rinnovabili di energia, contribuendo anche a creare un’economia circolare.

Problemi tecnici correlati all’uso e alla gestione delle batterie

Le batterie di seconda vita (SLB) richiedono specifiche strategie di valutazione e ricondizionamento. È essenziale classificare le batterie in base al loro Stato di Salute (SoH), ricondizionarle considerando i requisiti di utilizzo finale e sviluppare un sistema di gestione delle batterie (BMS) accurato per gestirle al meglio in funzione dell’applicazione. I principali meccanismi di degradazione, come la crescita del SEI, la litiatura e la frattura delle particelle, influenzano diversamente le SLB rispetto alle celle nuove, presentando sfide uniche nella loro valutazione e nel mantenimento della loro efficienza nel tempo.

Più nel dettaglio, l’uso di Second Life Batteries presenta alcune sfide tecniche che devono essere affrontate per garantirne l’efficacia e la sicurezza nel tempo:

  • Valutazione dello Stato di Salute (SoH): determinare accuratamente il SoH delle SLB è cruciale per prevederne la capacità residua e la durata. Questa valutazione è complicata dalla variazione delle condizioni iniziali di utilizzo delle batterie, che possono aver subito differenti cicli di carica e scarica, temperature e stress.
  • Sicurezza e stabilità: le SLB possono presentare rischi aumentati di instabilità termica e meccanica a causa della degradazione subita durante il loro primo utilizzo. È fondamentale garantire che i sistemi di gestione delle batterie (BMS) siano capaci di rilevare e mitigare tali rischi.
  • Integrazione con le infrastrutture esistenti: integrare le SLB nei sistemi di accumulo energetico o in altre applicazioni richiede compatibilità con le infrastrutture e i sistemi di controllo esistenti, spesso progettati per batterie nuove con caratteristiche di prestazione diverse.
  • Bilanciamento della rete: tra le esigenze principali, le batterie di seconda vita devono spesso far fronte a picchi di domanda dell’energia o a sovraccarichi che portano a instabilità e sbilanciamenti nella rete elettrica.

Soluzioni proposte: i moduli power supply bidirezionali di Infypower

Distribuito da CONSYSTEM, Infypower propone dei convertitori bidirezionali che rappresentano una soluzione innovativa per l’impiego efficace delle SLB.

I convertitori BEG1K075G (22 KW) e LBG1K020G (35 KW liquid cooled) sono stati specificamente sviluppati per applicazioni che includono la possibilità di re-immissione di energia in rete, l’integrazione in micro-reti e i sistemi di ricarica EV con funzioni V2G/VPF, con l’utilizzo anche di SLB. Utilizzando la tecnologia MOSFET/SiC ad alta frequenza, i moduli garantiscono prestazioni eccellenti, alta densità di potenza, grande espandibilità e affidabilità.

Grazie al design raffreddato a liquido o ad aria, offrono anche un’elevata protezione e operatività silenziosa adattandosi particolarmente bene a essere utilizzati in reti e microgrid in cui sono utilizzate le second life battery. Hanno anche una funzione importante come stabilizzatori della rete.

Un’altra applicazione interessante, ne vede l’utilizzo anche per simulazioni (ad esempio cicli di carica e scarica) necessari per testare e verificare come la batteria reagisce e deve essere controllata in una seconda vita.

I nostri convertitori  – spiega Giovanni Andreazza di Consystem –  hanno una funzione molto importante. Permettono infatti, in un sistema interconnesso, di “andare in soccorso” alla rete stessa nel momento in cui la rete è troppo sollecitata. Gli alimentatori bidirezionali combinati con batterie SLB possono contribuire alla regolazione della frequenza e tensione attraverso il controllo di potenza attiva e reattiva. Contribuiscono a bilanciare il fabbisogno delle reti con un concetto simile al V2G (vehicle to grid) ovvero agendo attraverso lo storage temporaneo dell’energia”.

Caratteristiche Tecniche:

  • Funzionalità Bidirezionale: i convertitori supportano flussi di potenza in entrambe le direzioni tra la rete AC e i bus DC, essenziale per le applicazioni di stoccaggio di energia e V2G.
  • Flessibilità di utilizzo: pensati per lavorare con un’ampia gamma di tensioni sia lato sorgente che lato carico, gli alimentatori sono adatti a differenti configurazioni di batterie e standard di rete e possono essere facilmente integrato in pacchi batteria con diverse caratteristiche e stati di salute
  • Alta efficienza: con un’efficienza massima fino a 97%, i convertitori minimizzano le perdite energetiche durante il processo di conversione. Inoltre, il design raffreddato a liquido o ad aria garantisce una protezione elevata e affidabilità a lungo termine, riducendo i rischi di surriscaldamento e migliorando la durata delle batterie.
  • Affidabilità: i moduli offrono funzionalità come la transizione fluida durante il cambio di direzione del flusso di potenza, essenziali per applicazioni che richiedono alta affidabilità e capacità di risposta rapida alle variazioni di carico o di condizioni di rete.
  • Sicurezza rafforzata: la funzione ESTOP, che può abbassare la tensione di uscita a meno di 60V in 300ms, e l’isolamento interno del trasformatore ad alta frequenza aumentano la sicurezza dell’operatore e dell’installazione.
  • Supporto off-grid: il sistema è capace di operare in modalità isolata, è ideale per micro-reti e applicazioni remote.
  • Soluzione Soccorso Rete: i convertitori agiscono per bilanciare e migliorare la qualità dell’energia sulla rete.

Progettati per applicazioni bidirezionali in caricatori EV con funzione V2G/VPF, utilizzo di batterie ritirate e micro-reti, questi moduli stabiliscono nuovi standard di sicurezza, efficienza e affidabilità nel riutilizzo delle batterie.

Articolo Pubblicato sulla rivista Fare Elettronica ad Aprile 2024


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