Denominazione: Non-Destructive Evaluation for Improving Batteries Operation, Safety, and Second-Life

Acronimo: NDE4BATTS 

Tipologia: Progetto PRIN PNRR 2022 finanziato da MUR-EU; Anno di inizio 2023

Responsabile scientifico: Marco Laracca

Ente finanziatore: Missione 4 “Istruzione e Ricerca” - Componente C2 Investimento 1.1
“Fondo per il Programma Nazionale di Ricerca e Progetti di Rilevante Interesse Nazionale (PRIN)” Decreto Direttoriale n. 1409 del 14 settembre 2022 - Avviso pubblico per la presentazione di Progetti di ricerca di Rilevante Interesse Nazionale (PRIN) da finanziare nell’ambito del PNRR
PRIN 2022 P2022R9WT8 - CUP MASTER B53D23024080001 - CUP B53D23024080001 

Importo finanziato: 237885,00 € 

Partners:
- Dipartimento di Ingegneria Astronautica, Elettrica, Energetica, SAPIENZA Università di Roma
- Dipartimento di Ingegneria Informatica, Modellistica, Elettronica e Sistemistica, Università della Calabria

Obiettivi

Il riscaldamento globale e l'elevato livello di inquinamento nelle aree urbane stanno portando, nei prossimi anni, a profondi cambiamenti in diversi settori. L'Unione Europea (UE) mira a raggiungere la neutralità climatica in Europa entro il 2050 e i settori dell'energia e della mobilità dovrebbero raggiungere la neutralità dei gas serra anche prima. I veicoli elettrici (EV) sono riconosciuti come una tecnologia pulita che contribuirà in modo significativo al raggiungimento di questo obiettivo. Le batterie agli ioni di litio (LIB) sono il mezzo di accumulo di energia dominante nei veicoli elettrici e si prevede che i veicoli elettrici a batteria (BEV) domineranno il mercato nei prossimi anni. Il monitoraggio accurato in tempo reale dello stato della batteria, in particolare dello stato di carica (SOC) e dello stato di salute (SOH), è utile per garantire il funzionamento sicuro, affidabile ed efficiente dei veicoli. Inoltre, è anche fondamentale alla luce del riutilizzo delle batterie per altre applicazioni meno impegnative, ovvero la seconda vita delle batterie in un contesto di economia circolare. Tuttavia, le dinamiche non lineari delle LIB rendono la stima in tempo reale di SOC e SOH molto impegnativa. I metodi attualmente in uso sui BEV lavorano principalmente sull'intera batteria e non a livello di cella e, anche per questo motivo, sono soggetti a errori e scarsa efficacia. Inoltre, non forniscono informazioni sulla possibile insorgenza di problemi di sicurezza, che vengono monitorati misurando la temperatura della cella/batteria e altri parametri.

Sviluppare metodi più accurati ed efficienti per valutare SOC e SOH e per rilevare guasti precoci è quindi un obiettivo cruciale per aiutare una transizione più rapida del settore della mobilità verso soluzioni pulite, mantenendo al contempo un elevato livello di sicurezza e comfort per gli utenti.

Le tecniche di valutazione non distruttiva (NDE) hanno recentemente mostrato potenzialità per innovare questo scenario come mostrato dai risultati preliminari riportati in letteratura. Sia SOC che SOH a livello di cella possono essere stimati con precisione tramite analisi NDE utilizzando sensori a correnti parassite e a ultrasuoni; possono inoltre essere rilevati evidenti indicatori precoci di guasti incipienti.

NDE4BATTS si concentra su questo argomento e riunisce un team multidisciplinare per sviluppare nuove applicazioni NDE per il monitoraggio in tempo reale delle LIB, anche grazie al supporto di aziende e gruppi di ricerca internazionali. Sensori a correnti parassite e a ultrasuoni saranno installati su celle di batterie e l'analisi sarà effettuata su cicli di carica-scarica per studiare come la risposta della cella si modifica nel tempo. Simulazioni specifiche e tecniche avanzate di elaborazione dei segnali permetteranno di migliorare la sensibilità e l'accuratezza delle stime eseguite oltre alla possibilità di miniaturizzare i sensori. L'analisi dei dati, supportata dalla modellazione delle proprietà chimiche della cella, selezionerà le migliori caratteristiche da utilizzare per la stima di SOC e SOH e per monitorare i guasti. Sarà inoltre effettuato un confronto con metodi di riferimento.

Risultati

I principali risultati del progetto NDE4BATTS sono relativi allo sviluppo di nuovi metodi/sensori/procedure/modelli per la stima dello stato delle batterie agli ioni di litio basati su tecniche di indagine non distruttiva. Tali risultati possono essere sfruttati come base di partenza per ulteriori attività di ricerca atte ad aumentare il livello TRL dei risultati e produrre/promuovere brevetti, spin-off e altre iniziative di trasferimento tecnologico e imprenditorialità. La decisione di sfruttare commercialmente i risultati di NDE4BATTS sarà valutata attentamente e l'ultima pietra miliare del progetto - valutazione dell'innovazione e rapporto finale - trarrà linee guida in tal senso. Le tecniche da studiare e ottimizzare nel progetto NDE4BATTS possono essere applicate ad altri tipi di batterie, agendo come punto di partenza per la ricerca in questa direzione.