Second life battery: Il ruolo della ricerca tra sfide e opportunità - RSE - Luigi Pellegrino
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Second life battery: Il ruolo della ricerca tra sfide e opportunità RSE – Luigi Pellegrino
Indice
• Introduzione alla second life
– Perché parlare di second life?
– Quali prospettive?
• Sfide tecnologiche per il riutilizzo delle batterie veicolari
– Ricondizionamento
– Problemi dell’invecchiamento
– Identificazione dello stato della batteria
• Attività di ricerca svolte da RSE
– Gestione della batteria
– Test
• Risorse di RSE: Laboratorio di prova
– Diagnostica
• Ruolo che l'Italia può svolgere nel contesto europeo
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Introduzione alla second life: perché parlare di second life?
MINORE SFRUTTAMENTO DELLE MATERIE PRIME
Sistemi di accumulo per applicazioni
stazionarie
Quando le batterie dei veicoli elettrici non sono più
adatte all’applicazione veicolare, si deve decidere se
riciclarle o riutilizzarle per un’altra applicazione.
Un’alternativa al riciclo è il loro riutilizzo in applicazioni
meno stressanti, come l’applicazione stazionaria.
In questo tipo di applicazioni, infatti, le batterie sono
normalmente caricate e scaricate a bassi regimi e
operano in condizioni di lavoro controllate e sicure. https://www.energystorageexchange.org/projects
3
Introduzione alla second life: perché parlare di second life?
2nd life
Requisiti Veicolo elettrico Applicazione stazionaria
Densità di energia
High Aumento Low
[kWh/l] volume
Densità di potenza
High Low
[kW/l] Rivalutazione
dell’energia e
-20% Energia potenza -20% Energia
Fine vita [%] nominale
+100% Resistenza +100% Resistenza
Diminuzione
Costo [€/kWh] < 300 €/kWh del costo < 1000 – 500 €/kWh
< 300 €/kWh
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Introduzione alla second life: quali prospettive?
Il mercato dei veicoli elettrici sta crescendo rapidamente da qualche anno ad oggi. Anche le previsioni del
mercato mostrano una continua crescita delle vendite.
Nel 2020 ci saranno circa 2M di veicoli elettrici (con circa 40kWh di batteria per ognuno) saranno
presenti più di 80 GWh di batterie da poter riutilizzare per applicazioni stazionarie
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Sfide tecnologiche per il riutilizzo delle batterie veicolari
6
Sfide tecnologiche per il riutilizzo delle batterie veicolari:
Ricondizionamento
Oggigiorno sono presenti numerosi
modelli di veicoli elettrici con vari tipi
di pacchi batteria
Lo smantellamento dei pacchi batteria è
diverso per ogni tipo
Maggiore tempo e costo per lo
smantellamento
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Sfide tecnologiche per il riutilizzo delle batterie veicolari:
Problemi dell’invecchiamento
L’invecchiamento di una batteria può presentarsi sotto forma di due fenomeni:
• Perdita di capacità
• Riduzione della potenza massima
Cella Batteria nuova Batteria invecchiata
BMS Batteria
carica
Batteria
scarica
Batteria Modulo
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Sfide tecnologiche per il riutilizzo delle batterie veicolari:
Identificazione dello stato della batteria
La caratterizzazione di una batteria viene fatta con dei test offline
Analogamente alla first life, anche per la second life è necessario effettuare dei test di
caratterizzazione per poterla gestire nel migliore dei modi.
DISOMOGENEITA’
DELLE CELLE
CAPACITA’ RESIDUA TREND
DELL’INVECCHIAMENTO
COMPORTAMENTO DEL/DEI BMS
ENERGIA E POTENZA RESIDUA
9
Attività di ricerca svolte da RSE
10Ricerca sul Sistema Energetico – RSE S.p.A.
BRUGHERIO
MILANO
PIACENZA
http://www.rse-web.it 11Attività di ricerca svolte da RSE
PROBLEMI DELLA SECOND LIFE ATTIVITA’ DI RICERCA
2019
Ricondizionamento 2020
International
activities
2019
2021
2019 2021
Second-life
2020
Problemi dell’invecchiamento 2021
Recycling
2019
2020 BMS
2021
Identificazione dello stato della 2019
Test procedures
batteria 2020
2021
and diagnostic
12Attività di ricerca svolte da RSE: Gestione della batteria
I BMS sul mercato sono generalmente passivi
Nuovi tipi di BMS con strategie di controllo avanzate devono
essere sviluppate al fine di gestire la batterie usate, sfruttando
tutto il loro potenziale.
• BMS in grado di gestire la disomogeneità tra le celle,
garantendo la sicurezza del sistema
• BMS in grado di massimizzare l’energia disponibile del
sistema
• BMS in grado di aumentare la robustezza del sistema
13Attività di ricerca svolte da RSE: Test
• Sviluppo di procedure di prova [V] [A]
4,1 40
3,9 35
3,7 Fase CC Fase CV 30
• Prove di: 3,5 25
3,3 20
3,1 15
TENSIONE
2,9 10
CORRENTE
– Caratterizzazione 2,7
2,5
5
0
2000 2500 3000 3500 4000 [sec.]
– Invecchiamento
– Abuso
• Analisi post-mortem dei materiali di cella
14Attività di ricerca svolte da RSE: Test
Laboratorio batterie
Cella climatica Postazione
250 l 600 V – 21 kW
2 Postazioni Ciclatore rigenerativo
60 V – 4,5 kW 20 kW – 150 V – 140 A
Postazioni
multicanale
per test di aging
Cella climatica 26 m3
Glove box
Banchi da lavoro per
sviluppo di BMS e prototipiAttività di ricerca svolte da RSE: Diagnostica
Sviluppo
Test di Utilizzo sistema
sistema di
caratterizzazione di diagnostica
diagnostica
OFFLINE ONLINE Stato dell’arte
ONLINE Obiettivo
Sistema di acquisizione dati
Data processing e Sistema di
Aggiornamento
identificazione dei diagnostica del
dei parametri
parametri sistema di accumulo
16Ruolo che l'Italia può svolgere nel contesto europeo
17Ruolo che l'Italia può svolgere nel contesto europeo
ACTION 7: E-MOBILITY AND
STATIONARY STORAGE ADVANCED MATERIALS FOR BATTERIES
PARTNERSHIP – AMBP
(Cross Regional Innovation) Call HUB Re-Life
WG2: STORAGE
TECHNOLOGIES AND
SECTOR INTERFACES
Joint Programme
Energy Storage
Joint Programme
Smart Grid
IC6: CLEAN ENERGY MATERIALS Transport – Hybrid & Electric Vehicles (HEV TCP)
IC1: SMART GRIDS Buildings – Energy Storage (ECES TCP)
18Grazie per la vostra attenzione!
luigi.pellegrino@rse-web.it
www.rse-web.it
Questo lavoro è stato finanziato dal Fondo di Ricerca per il Sistema Elettrico in ottemperanza al Decreto del
Ministro dello Sviluppo Economico 16 aprile 2018.
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