SoC — State of Charge
Il State of Charge (SoC) indica il livello di carica attuale di una cella o di un pacco batteria come percentuale della capacità nominale. SoC 100 % significa completamente carico, 0 % completamente scarico. Il BMS calcola il SoC tipicamente tramite conteggio coulomb (integrazione corrente-tempo), corretto nei punti di tensione a riposo. Con LiFePO4 questo è impegnativo perché la curva di scarica è quasi piatta su ampi intervalli.
SoH — State of Health
Il State of Health (SoH) descrive lo stato di invecchiamento di una batteria rispetto al suo stato nuovo. Si ricava dalla capacità residua misurata e dalla maggiore resistenza interna. Un SoH dell'80 % è la soglia di fine vita (EOL) standard del settore — il pacco eroga allora solo quattro quinti della sua capacità originale. Il SoH è la base per la pianificazione della manutenzione orientata allo stato e le previsioni di vita utile residua.
DoD — Depth of Discharge
La Depth of Discharge (DoD) indica quale frazione della capacità nominale viene prelevata in un ciclo. Una DoD dell'80 % significa che la batteria viene scaricata dal 100 % al 20 % SoC. Valori DoD più profondi riducono significativamente la vita di ciclo, mentre profondità di scarica più superficiali la prolungano considerevolmente. Nella pratica AGV si sceglie spesso una DoD del 70–80 % come compromesso tra utilizzo della capacità e vita utile.
Tasso C (C-Rate)
Il tasso C normalizza la corrente di carica o scarica rispetto alla capacità nominale della batteria. Per un pacco da 100 Ah, 1C equivale a 100 A; 2C equivale a 200 A. I tassi C più elevati generano più calore e stressano maggiormente le celle, riducendo la vita utile. Per applicazioni di carica e scarica continue il tasso C consigliato è tipicamente 0,5C a 1C; i picchi di breve durata possono essere significativamente più alti a seconda della tecnologia delle celle.
BMS — Sistema di gestione della batteria
Il sistema di gestione della batteria (BMS) è l'elettronica di protezione e monitoraggio all'interno del pacco batteria. Misura le tensioni delle celle, le correnti e le temperature, bilancia gli squilibri tra le celle, limita la corrente di carica e scarica e protegge da sovra- e sottotensione nonché cortocircuito. Nel funzionamento industriale il BMS comunica tramite bus di campo come CAN-Bus o SMBus con il controllore superiore della macchina e fornisce SoC, SoH e codici di guasto in tempo reale.
LiFePO4 — Litio ferro fosfato
LiFePO4 (litio ferro fosfato, LFP) è una chimica di cella agli ioni di litio con stabilità termica particolarmente elevata e lunga vita di ciclo. La tensione nominale è di circa 3,2 V per cella, la finestra di tensione ammissibile intorno a 2,5 V a 3,65 V. Le celle LFP hanno densità di energia inferiore rispetto a Li-NMC, ma sono significativamente più stabili termicamente e sono la scelta preferita per applicazioni con molti cicli completi — come AGV, FTS o stoccaggio stazionario.
Li-NMC — Litio nichel manganese cobalto
Li-NMC (ossido di litio nichel manganese cobalto) è una chimica di cella agli ioni di litio con alta densità di energia gravimetrica e volumetrica. La tensione nominale è di circa 3,6–3,7 V per cella, la finestra di tensione intorno a 3,0 V a 4,2 V. Li-NMC è adatto per applicazioni critiche in peso o spazio, ma ha minore stabilità termica rispetto a LFP e pone maggiori esigenze alla gestione termica del pacco.
LTO — Titanato di litio
LTO (titanato di litio) è una chimica di cella agli ioni di litio in cui il materiale dell'anodo consiste in titanato di litio anziché grafite. Le celle LTO si distinguono per una capacità di carica estremamente rapida (5C–10C sono tipici), vita di ciclo molto elevata ed eccellente prestazione al freddo. Tuttavia la densità di energia è significativamente inferiore rispetto a LFP o Li-NMC, il che limita LTO ad applicazioni con i massimi requisiti di ricarica rapida e vita utile.
Bilanciamento celle
Il bilanciamento celle è la misura del BMS per compensare le differenze di tensione tra le celle collegate in serie. Nel bilanciamento passivo la cella più alta viene scaricata tramite una resistenza di drenaggio fino a quando le altre la raggiungono. Nel bilanciamento attivo la carica viene redistribuita dalla cella più piena alla più vuota — minori perdite, ma circuiteria più complessa. Senza bilanciamento le celle si discostano ulteriormente ad ogni ciclo, riducendo progressivamente la capacità totale del pacco.
UN 38.3
UN 38.3 è la norma di prova di trasporto ONU per celle e batterie al litio. Richiede una serie di prove — tra cui simulazione di altitudine, cicli termici, vibrazione, urto, cortocircuito esterno e sovraccarica — prima che le batterie al litio possano essere trasportate come merci pericolose per via aerea, marittima o stradale. Il produttore deve fornire un riepilogo delle prove; senza di esso il trasporto non è consentito.
IEC 62619
IEC 62619 è la norma internazionale di sicurezza per celle e batterie al litio ricaricabili per uso in applicazioni industriali. Definisce i requisiti di sicurezza per progettazione, fabbricazione e prove, ed è un documento chiave per la conformità CE delle batterie industriali. La norma integra le prove specifiche di prodotto di UN 38.3 con requisiti sistematici di sicurezza per BMS, protezione delle celle e resistenza all'abuso.
Marcatura CE
La marcatura CE indica che un prodotto è conforme alle direttive UE applicabili. Per i pacchi batteria industriali sono rilevanti, a seconda dell'applicazione, la Direttiva Bassa Tensione (LVD, 2014/35/UE), la Direttiva EMC (2014/30/UE) e, per l'integrazione in macchinari, la Direttiva Macchine (2006/42/CE). La dichiarazione di conformità è conservata dal produttore; senza di essa il prodotto non può essere immesso sul mercato del SEE.
Grado di protezione IP (IEC 60529)
Il grado di protezione IP (Ingress Protection) secondo IEC 60529 classifica la protezione di un alloggiamento contro corpi estranei solidi e acqua. La prima cifra descrive la protezione contro le particelle solide (0–6), la seconda la protezione contro l'umidità (0–9K). IP54 significa protezione dalla polvere e dagli spruzzi d'acqua; IP67 significa stagna alla polvere e protetta contro l'immersione temporanea. Per AGV e veicoli industriali in magazzini umidi o all'esterno si richiede frequentemente IP65 o superiore.
Vita di ciclo
La vita di ciclo indica quanti cicli completi di carica-scarica una batteria può sostenere a una DoD e condizioni definite prima che la sua capacità scenda all'80 % del valore nuovo (criterio EOL). Le celle LFP raggiungono diverse migliaia di cicli in condizioni favorevoli; Li-NMC tipicamente alcune centinaia a oltre mille. Le alte temperature, i valori di DoD profondi e i tassi C elevati accorciano la vita utile.
Densità di energia
La densità di energia descrive l'energia immagazzinabile relativa alla massa (gravimetrica, Wh/kg) o al volume (volumetrica, Wh/L). Li-NMC raggiunge valori gravimetrici più alti di LFP; LFP ha vantaggi in termini di sicurezza e vita utile. Per le applicazioni AGV la densità di energia volumetrica è spesso determinante perché lo spazio di installazione nel telaio del veicolo è limitato.
Tensione nominale
La tensione nominale è la tensione di esercizio nominale di una cella o pacco in condizioni standard. Si trova tra la tensione di cut-off di carica e quella di scarica a seconda della chimica della cella. Per LiFePO4 la tensione nominale è di circa 3,2 V per cella; un pacco da 48 V è quindi composto da 15 celle LFP in serie. La tensione ai morsetti effettiva si discosta da quella nominale a seconda dello stato di carica e delle condizioni di carico.
Capacità nominale
La capacità nominale (Ah) è la quantità di carica elettrica che una batteria appena caricata può erogare in condizioni di scarica definite (temperatura, tasso C, tensione di cut-off). La capacità utilizzabile in esercizio è inferiore a quella nominale a causa dell'intervallo SoC scelto (DoD), nonché dell'invecchiamento e delle penalizzazioni di temperatura. I produttori specificano tipicamente la capacità nominale a 0,2C e 25 °C.
CAN-Bus
Il CAN-Bus (Controller Area Network) è un protocollo di bus di campo seriale sviluppato originariamente per l'elettronica automobilistica e oggi ampiamente utilizzato in macchine di lavoro mobili, AGV e pacchi batteria industriali. Il BMS comunica SoC, SoH, tensioni delle celle, temperature e codici di guasto al controllore superiore tramite CAN-Bus. I profili comuni sono CANopen (inclusi i profili batteria CiA) e J1939 per veicoli commerciali.
SMBus
L'SMBus (System Management Bus) è un protocollo di comunicazione digitale basato su I²C, sviluppato per collegare sistemi a batteria intelligente (SBS) a un host. Definisce un set standardizzato di registri per capacità, tensione, corrente, temperatura e stato di guasto. SMBus viene frequentemente utilizzato in pacchi batteria più piccoli e dispositivi portatili; per le macchine industriali mobili il CAN-Bus è la scelta più comune.
Lithium plating
Il lithium plating indica il deposito indesiderato di litio metallico sull'anodo di grafite, che si verifica quando la corrente di carica è troppo elevata o la temperatura della cella troppo bassa (al di sotto di circa 0 °C). Il litio depositato forma dendriti che possono penetrare il separatore e causare un cortocircuito interno. Il lithium plating è una delle principali cause di perdita irreversibile di capacità e di thermal runaway.
Thermal runaway
Il thermal runaway (fuga termica) è una reazione esotermica auto-accelerante in una cella al litio: il calore accelera le reazioni di decomposizione chimica che generano ulteriore calore — fino al rilascio incontrollato di energia, gas e in casi estremi fuoco. I fattori scatenanti includono danni meccanici, sovraccarica, fonti di calore esterne o cortocircuito interno. La gestione termica e un circuito di protezione ben progettato nel BMS sono le contromisure primarie.
Tensione di cut-off di scarica e carica
La tensione di cut-off di scarica è il limite di tensione inferiore al quale il BMS termina o disconnette il processo di scarica per prevenire danni irreversibili alle celle. La tensione di cut-off di carica è il limite superiore fino al quale si carica. Entrambi i limiti sono specifici del tipo di cella: per LFP tipicamente 2,5 V (scarica) e 3,65 V (carica) per cella. L'impostazione precisa di questi limiti nel BMS ha un impatto diretto sulla capacità, la vita utile e la sicurezza del pacco.