Al giorno d’oggi, le batterie sono sempre più importanti nelle nostre vite soprattutto nel campo automobilistico dove sono il punto chiave dell’innovazione. In questo scenario è necessario verificare quanto è buona la batteria. Lo scopo di questo progetto è valutare lo stato di carica (SoC) e lo stato di salute (SoH) di una batteria al piombo acido da 12V; il primo indica la carica residua di una batteria mentre il secondo è una misura del suo invecchiamento. I due parametri sono strettamente correlati: una vecchia batteria ha un SoH basso, questo implica un declassamento della sua capacità e un conseguente diverso comportamento del SoC. Per calcolare queste cifre di merito, la maggior parte dei dispositivi commerciali misura la tensione della batteria durante le diverse fasi di funzionamento. Nel dispositivo sviluppato vengono misurate sia la tensione della batteria che la corrente di assorbimento/carica per ottenere una migliore stima dei parametri desiderati. Questo introduce enormi problemi legati alle alte correnti coinvolte; le soluzioni tecniche a questi problemi sono trattate in questo elaborato. L’intero progetto è stato realizzato in collaborazione con brainTechnologies Srl e SIVE SpA e sponsorizzato da MESAP. Il dispositivo è costituito da un PCB avente al suo interno un microcontrollore a 32 bit, programmato utilizzando un sistema operativo in tempo reale, e alcuni sensori opportunamente scelti ad esso collegati che consentono di raccogliere i dati richiesti. L’uso di un RTOS consente di sfruttare il calcolo multiprocessing, che svolge un ruolo di primaria importanza in un’applicazione in cui devono essere sincronizzati diversi compiti. La corrente di carico viene trasdotta in tensione tramite un resistore shunt e quindi, insieme alla tensione di batteria, viene acquisita tramite un dispositivo di rilevamento dotato di un ADC delta-sigma a 16 bit. Un numero così elevato di bit è necessario per coprire un intervallo di corrente elevato mantenendo anche una buona risoluzione. Si acquisiscono anche la temperatura del PCB e della cappa: la prima permette di compensare la diffusione termica dei componenti, la seconda viene presa in considerazione dall’algoritmo SoH e SoC. Questi dati vengono archiviati in una memoria flash e inviati tramite Bluetooth a un dispositivo Android per essere raccolti e tracciati. I valori SoH e SoC possono essere valutati dal microcontrollore (edge ​​computing) o da un server per mezzo di una rete neurale: nell’elaborato vengono approfonditi i pro ei contro di entrambe le soluzioni. In primo luogo, il dispositivo è stato testato in laboratorio al fine di verificare il rispetto dei requisiti, quindi è stato testato sul campo per verificare la correttezza dell’algoritmo. L’approccio seguito e la tecnologia sviluppata possono essere applicati non solo alle batterie al piombo acido ma anche a quelle più moderne, come le batterie Li-Po dei veicoli elettrici, semplicemente modificando i rating dei dispositivi e cambiando gli algoritmi.

AUTORI: Federico Di Fazio, Davide Fazi

RELATORI: Eros Gian Alessandro Pasero, Giovanni Guida, Jacopo Ferretti, Vincenzo Randazzo

CORSO DI LAUREA: corso di laurea magistrale in Ingegneria Elettronica

ANNO ACCADEMICO: 2019/2020