Principi generali
Le celle delle batterie operano in modo più efficiente all'interno di una finestra di temperatura ristretta. Le celle troppo fredde erogano meno potenza, mentre le celle troppo calde invecchiano più rapidamente e aumentano il rischio di eventi termici. Gli stack delle celle a combustibile richiedono una temperatura di esercizio stabile e un refrigerante con una conducibilità definita.
Vengono tipicamente utilizzati due tipi di refrigerante:
• Miscela glicole-acqua per i circuiti delle batterie e per i circuiti con requisiti di protezione antigelo. I parametri monitorati includono temperatura, portata, livello di riempimento e condizione della miscela.
• Acqua deionizzata per gli stack delle celle a combustibile. In questo caso la conducibilità è il parametro di qualità centrale, poiché gli ioni disciolti possono influire sull'isolamento elettrico e sulla resistenza alla corrosione.
Compiti di misura tipici nel circuito di raffreddamento:
• Temperatura di cella e di modulo per rilevare punti caldi e gradienti di temperatura
• Temperatura del refrigerante in mandata e ritorno per il controllo e il bilancio termico
• Portata nei circuiti principali e derivati per verificare le prestazioni della pompa e rilevare ostruzioni o distribuzione non uniforme
• Livello di riempimento nel vaso di espansione per il rilevamento tempestivo delle perdite
• Pressione e pressione differenziale su filtri e scambiatori di calore
• Conducibilità per monitorare la qualità del refrigerante
I valori misurati vengono trasferiti tramite segnali analogici o interfacce digitali (ad esempio tramite fieldbus Modbus RTU o P2P tramite IO-Link) al sistema di gestione delle batterie, al controllore del veicolo o a una sala di controllo.
Differenze specifiche per applicazione
Veicoli (sistemi di trazione e ausiliari). Le applicazioni veicolari sono caratterizzate da variazioni di carico dinamiche, funzionamento all'aperto e ampie escursioni di temperatura ambiente. I punti di misura devono resistere a lungo termine a vibrazioni, umidità e cicli termici.
Sistemi di alimentazione di riserva e di emergenza. Le applicazioni di riserva operano tipicamente a carico costante per periodi prolungati, in installazioni interne o in involucri protetti. L'attenzione è rivolta alla disponibilità, alla gestione degli allarmi e alla documentazione completa.
I punti caldi nelle singole celle o moduli spesso passano inosservati quando vengono registrati solo i valori medi. Sonde a resistenza termica (Pt100/Pt1000) nei moduli critici, abbinate a trasmettitori per il condizionamento del segnale e l'integrazione nel BMS, rendono visibili tempestivamente i gradienti. La misurazione dello scarto di temperatura del refrigerante tra mandata e ritorno consente di adeguare in modo mirato la strategia di controllo.
Filtri sporchi, aria intrappolata o usura della pompa riducono gradualmente la portata, e la capacità di raffreddamento diminuisce senza allarme finché non viene raggiunto un limite di temperatura. Misuratori di portata elettronici e flussostati rilevano la portata minima e generano un segnale al verificarsi di deviazioni. La misurazione della pressione differenziale sui filtri indica quando è necessaria la manutenzione, così da poter pianificare l'intervento prima che la prestazione di raffreddamento venga compromessa.
Nell'acqua deionizzata, la conducibilità aumenta con l'introduzione di ioni, ad esempio da materiali o guarnizioni. Le miscele di glicole variano nel tempo in concentrazione e composizione. Entrambi i fattori influiscono sull'isolamento, sulla corrosione e sulla durata dei componenti. Celle di misura della conducibilità e trasmettitori con compensazione di temperatura consentono un monitoraggio continuo dell'andamento, in modo che la sostituzione del refrigerante possa essere pianificata in base alle condizioni rilevate anziché a intervalli fissi.
Piccole perdite nel circuito di raffreddamento possono rimanere a lungo inosservate. Nei sistemi di alimentazione di riserva, una perdita graduale può rendere il sistema non disponibile proprio nel momento in cui serve. Il monitoraggio del livello di riempimento nel vaso di espansione, con funzioni di limite e di tendenza, fornisce un avviso tempestivo. I prodotti per la comunicazione digitale e la conversione del segnale trasferiscono questi segnali alla sala di controllo o al sistema di gestione delle batterie, dove gli allarmi vengono valutati e documentati centralmente.
Le alte temperature riducono la durata della batteria e aumentano i costi di sostituzione della batteria, mentre le basse temperature ne riducono la potenza e la capacità, con un impatto su autonomia, prestazioni ed economicità.
