Descrizione dell’impianto:

La sala prove è un’infrastruttura sperimentale afferente al Laboratorio di Mobilità Sostenibile e Trasporti del Centro Ricerche ENEA Casaccia, attiva da oltre trent’anni per l’esecuzione di attività di ricerca, sviluppo e validazione tecnologica nel settore dei sistemi di accumulo elettrochimico ed elettrostatico dell’energia. Nel corso del tempo, la sala prove è stata oggetto di continui aggiornamenti infrastrutturali e strumentali, al fine di integrare le più recenti innovazioni tecnologiche nel campo dell’accumulo energetico e rispondere all’evoluzione delle applicazioni, in particolare nel settore della mobilità elettrica e dei sistemi energetici avanzati.

Come funziona:

Le principali attrezzature presenti all’interno della sala prove appartengono a due categorie: ciclatori e camere climatiche.

I ciclatori sono convertitori elettronici bidirezionali programmabili in grado di erogare e assorbire potenza elettrica in modo controllato. Consentono di eseguire cicli di carica e scarica dei dispositivi di accumulo secondo profili di corrente, tensione o potenza definiti dall’operatore, riproducendo condizioni operative realistiche o applicando protocolli di prova standardizzati. Il sistema di acquisizione dati integrato nei ciclatori permette il monitoraggio continuo e ad alta precisione dei principali parametri elettrici e termici, tra cui corrente, tensione, capacità (quantità di carica scambiata), energia erogata o assorbita e temperature delle unità in prova. Tali misure costituiscono la base per l’analisi delle prestazioni dinamiche, dell’efficienza e dei fenomeni di degradazione nel tempo.

Le camere climatiche sono, invece, ambienti a temperatura e umidità controllate, progettati per simulare le condizioni ambientali in cui i sistemi di accumulo si trovano a operare. L’integrazione tra cicli elettrici programmati e controllo delle variabili ambientali consente di analizzare le prestazioni e l’affidabilità dei dispositivi in condizioni rappresentative di esercizio reale, incluse situazioni di stress termico e igrometrico.

La disponibilità di una gamma diversificata di ciclatori e camere climatiche consente l’analisi di sistemi di accumulo caratterizzati da differenti dimensioni, architetture e livelli di potenza. All’interno del laboratorio è possibile testare sia singole celle di batterie, con tensione massima fino a 6 V e correnti fino a 250 A, sia moduli e pacchi batteria di elevata potenza, fino a 250 kW e tensioni massime di 800 V, coprendo quindi l’intero spettro applicativo.

Le camere climatiche presenti in laboratorio sono tre, con volumi rispettivamente di 0,5 m³, 1 m³ e 2 m³, e consentono di operare in un intervallo di temperatura compreso tra -40 °C e +180 °C. A queste si affianca una camera, con volume di 1 m³ e campo di temperatura esteso da -60 °C a +150 °C, specificamente progettata per prove di abuso e test di sicurezza, alloggiata in un apposito box esterno, adiacente alla sala. Quest’ultima camera climatica è dotata di sistema di rilevazione fumo e fiamma, soppressione incendi, impianto di estrazione dei gas di venting e dei prodotti di combustione.

Possibili applicazioni:

La struttura è dedicata alla caratterizzazione e alla valutazione delle prestazioni di dispositivi elettrochimici (quali batterie e celle) ed elettrostatici (ad esempio supercondensatori) attraverso prove sperimentali condotte secondo protocolli standardizzati e procedure customizzate. Le attività comprendono test di misura delle prestazioni elettriche (capacità, potenza, energia, efficienza energetica, risposta dinamica, autoscarica) sicurezza, invecchiamento e durata (prove vita) in diverse condizioni operative. Più in generale, il laboratorio lavora su progettazione e sperimentazione di pacchi batterie, dal livello di cella sino al modulo e al pacco, includendo il condizionamento termico ed il sistema elettronico di controllo (Battery Management System – BMS).

Attività in corso:

Le attività svolte all’interno della struttura sono finanziate da progetti pubblici di ricerca nazionali ed europei/internazionali oppure da commesse commerciali regolate mediante specifici accordi (incluso quello di riservatezza) con il committente. Negli ultimi anni, la crescente importanza assunta dalle batterie agli ioni di litio ha portato il laboratorio a testarne tipologie differenti per dimensioni, potenze, geometrie e tipologia di applicazione, sia di mobilità che di tipo stazionario. All’interno del laboratorio è stato, inoltre, sviluppato un brevetto per la stima dello stato di salute delle singole celle all’interno di sistemi complessi costituiti da una notevole molteplicità di celle e moduli. Attualmente, il laboratorio è impegnato in attività di studio delle batterie litio-ione di tipo avanzato e batterie sodio-ione. Tali attività sono finanziate principalmente nell’ambito dell’Accordo di Programma con il Ministero dell’Ambiente e della Sicurezza Energetica per la Ricerca di Sistema Elettrico Nazionale.

Attività future:

Il laboratorio mantiene la propria natura di centro di ricerca specialistico per il dimensionamento e la sperimentazione di tecnologie innovative di sistemi d’accumulo elettrochimico ed elettrostatico dell’energia. In particolare, verranno svolte attività sperimentali riguardanti batterie allo stato solido e batterie “oltre il litio”. Infine, continueranno gli studi sull’invecchiamento e sulla diagnosi dello stato di salute, avvalendosi anche dell’introduzione di modelli basati sull’intelligenza artificiale.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Referente attività: Ing. Francesco Vitiello

Responsabile Divisione: Ing. Viviana Cigolotti