Analisi di Battery Management Systems per celle Li-Ion basati sul Dual Active Half-Bridge

I pacchi batteria moderni, formati tipicamente da accumulatori agli ioni di litio o litio polimero, sono soggetti a fenomeni di sbilanciamento e per ovviare a ciò lo standard industriale prevede l'utilizzo di circuiti di bilanciamento passivi, che permettono l'equalizzazione delle tensioni delle singole celle tramite dissipazione resistiva. La ricerca sta cercando di abbattere questo dogma, presentando circuiti di bilanciamento attivi in grado di trasferire energia tra le celle di un pacco batteria, piuttosto che sprecarla; al momento esistono numerose proposte, che variano da bilanciatori tutto sommato semplici come gli Switched Capacitor, a quelli più complessi e flessibili basati su matrici di switch o topologie isolate. Il motivo principale per cui ad oggi nessuna di esse ha trovato applicazioni commerciali sta nei costi, estremamente contenuti nel caso di un bilanciatore passivo e relativamente elevati nel caso di una tipologia attiva più avanzata. In questa tesi viene analizzata e realizzata un nuovo circuito di bilanciamento, basato sul Multi Active Half Bridge (MAHB) e un trasformatore multiwinding. Dalle simulazioni il circuito risulta tra i più flessibili in assoluto, essendo in grado di effettuare trasferimenti bidirezionali sia cell-to-cell che pack-to-cell, e persino trasferimenti pack-to-multi nel caso sia necessario bilanciare più celle contemporaneamente. Un altro vantaggio nell'utilizzo di circuiti di bilanciamento attivi sta nella possibilità di effettuare Spettroscopia di Impedenza Elettrochimica (EIS), ovvero una misura di impedenza delle celle per tracciarne lo stato di salute. Il MAHB si è rivelato sia un ottimo circuito di bilanciamento, sia un generatore di corrente quasi ideale per applicare le tecniche di spettroscopia. Nell'applicazione in questione viene raggiunto il 96.3% di efficienza nel trasferimento pack-to-cell e il 91.5% in quello cell-to-cell, mentre le ampiezze di corrente utilizzate per la misura di impedenza elettrochimica risultano molto più contenute di quanto non si trovi in letteratura. Oltre al circuito di bilanciamento in sé, viene utilizzato il circuito integrato LTC6810, battery monitor di Analog Devices particolarmente impiegato in ambito automotive in grado di monitorare i principali parametri di un pacco batteria ed effettuare bilanciamento passivo, interfacciabile con microcontrollore tramite SPI.