a
ttualità
e
lettrotecnica - gennaio/febbraio
2018
- numero
1
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Elevata potenza di scarica
e ricarica rapida
Un’altra caratteristica della batteria litio, favo-
revole all’applicazione UPS è la elevata po-
tenza di scarica. La potenza massima che
una batteria può erogare al carico ha dei limi-
ti precisi, definiti dal cosiddetto tasso di sca-
rica, espresso in C. il valore di C è il rapporto
tra la massima corrente in A che la batteria
può erogare continuativamente e la sua ca-
pacità espressa in Ah; dimensionalmente C è
il reciproco di un tempo e indica quanto “ra-
pidamente” è possibile scaricare una batte-
ria: 2C significa che si può scaricare comple-
tamente in 1/2 ora; 3C in 1/3 di ora e così via.
Le batterie piombo normalmente hanno una
capacità di scarica da 1C a 2C, le batterie li-
tio raggiungono normalmente da 8C a 10C
ed esistono versioni particolari capaci di rag-
giungere fino a 30C. Questa prerogativa ren-
de estremamente interessanti le batterie litio
per UPS: per realizzare una batteria che sca-
richi a 300A (se Vnom=480V parliamo di
144kW) è sufficiente una cella da 30Ah; que-
sto riduce grandemente le dimensioni ed i
pesi della batteria: per ottenere le stesse pre-
stazioni con una batteria piombo, il peso ri-
sulta 5-7 volte maggiore ed anche il volume
occupato risulta 3-5 volte maggiore. La ca-
pacità di ricarica rapida è un’altra peculiarità
della batteria litio: dopo un intervento del-
l’UPS con scarica profonda, la batteria piom-
bo richiede 5-6 ore almeno per recuperare la
carica, la batteria litio in meno di un’ora può
recuperare la carica ed essere pronta per un
nuovo intervento.
Pesi e dimensioni molto ridotti
Se si considerano alcune applicazioni (es.
datacenter) nelle quali l’UPS è collocato ad
un piano alto di un edificio, la differenza può
essere fondamentale: una batteria litio che
possa sostenere il carico per 10 minuti a
200kW (pari a 10/60*200=32,4kWh utilizzabi-
li) pesa circa 280kg, la batteria al piombo di
pari prestazioni pesa oltre 1400kg; la batteria
al litio può essere tranquillamente collocata
sul pavimento, la batteria al piombo pone se-
ri problemi strutturali di portata del pavimen-
to e deve essere collocata su una ampia su-
perficie per distribuire il peso. I volumi ridotti
sono un altro vantaggio, ridurre di 4 volte le
dimensioni degli armadi batteria, significa la-
sciare spazio per la applicazione che l’UPS
supporta (server cluster, memory storage
ecc.) con grande vantaggio per il cliente.
Elevata efficienza energetica
Anche se l’efficienza energetica può sembra-
re un aspetto marginale tuttavia non è da tra-
scurare. Un ciclo di carica scarica di una
batteria non ha efficienza unitaria: la batteria
scalda sia durante la carica che durante la
scarica ed il calore prodotto è energia perdu-
ta, inoltre la fase di “gassificazione” nella
parte finale della carica è un processo di
elettrolisi che assorbe energia elettrica con-
vertendola in energia potenziale chimica non
recuperabile. Per le ragioni sopraesposte la
batteria al piombo ha un’efficienza del pro-
cesso carica-scarica che difficilmente supe-
ra il 60%, ciò significa che per ogni kWh ac-
cumulato, il 40% è perduto. La batteria litio
grazie alla bassissima resistenza interna,
dissipa pochissimo calore in fasi di
carica/scarica ed inoltre non avvengono fe-
nomeni di elettrolisi all’interno della cella per
cui l’efficienza del processo carica-scarica è
molto alto, anche del 90-95% con evidenti
vantaggi di riduzione dei costi energetici e di
minore calore prodotto (che normalmente
deve essere smaltito dai gruppi di climatizza-
zione installati nei vani tecnici). Inoltre l’as-
senza di elettrolisi e l’assenza di produzione
di gas in funzionamento non richiede le pre-
cauzioni di ventilazione richieste invece per il
piombo.
Possibilità di diagnostica
predittiva
La batteria litio ha un sistema elettronico di
gestione detto BMS (
Battery Manage-
ment System
) che monitorizza continua-
mente tensioni e temperature delle singole
celle di batteria oltre alla corrente e tensione
di stringa. Grazie a ciò, BMS calcola in tem-
po reale lo stato della batteria e grazie a ciò
è possibile non solo conoscere la capacità
residua in modo accurato ma è anche possi-
bile eseguire diagnostica in remoto ed anche
diagnostica predittiva dei guasti. Normal-
mente i dati sono disponibili attraverso una
rete CAN o RS485 che può essere resa di-
sponibile su una pagina web di diagnostica
anche attraverso il webserver integrato nel-
l’UPS stesso. In questo modo il lavoro dei
tecnici del service è facilitato poiché è possi-
bile conoscere da remoto quali siano le pro-
blematiche eventuali della batteria e prepa-
rare materiali e strumenti adatti all’intervento
in modo mirato.
Perché no il litio?
Dopo aver elencato una lunga serie di vantag-
gi, sorge spontanea la domanda: perché non
viene utilizzato il litio (ed abbandonato il piom-
bo) anche nelle applicazioni UPS?
La risposta riguarda molteplici aspetti, il primo
è certamente la poca conoscenza della tecno-
logia: mentre il piombo è una tecnologia a bas-
se prestazioni ma ben conosciuta (sia nei pre-
gi che nei limiti) il litio è una tecnologia relativa-
mente recente e poco conosciuta, ne sono no-
ti i grandi vantaggi ma pochi hanno a disposi-
zione una casistica sul campo e su lungo pe-
riodo. Un altro elemento che ostacola la diffu-
sione delle batterie litio per UPS è una relativa
scarsità di fornitori, per le batterie al piombo
esistono centinaia di produttori/fornitori che of-
frono celle o monoblocchi standardizzati; nel
settore delle batterie al litio la standardizzazio-
ne non è ancora presente ed i fornitori sono re-
lativamente pochi. Da ultimo il costo: una bat-
teria al litio ha un costo iniziale che varia da 2 a
4 volte quello di una batteria piombo di pari
prestazioni; ma la considerazione corretta è
valutare il costo di esercizio complessivo te-
nendo conto della durata della batteria (quindi
del costo di sostituzione periodica), del costo
energetico, del costo di manutenzione e del
costo dello spazio occupato (quindi non utiliz-
zabile per la parte di apparati “redditizi” per
l’impianto). Tenendo conto dei fattori elencati,
è facile dimostrare che il punto di pareggio per
una batteria litio è di appena 1,5 anni nel caso
applicazione ad uso ciclico (veicoli, elettrou-
tensili, carrelli a guida autonoma ecc.) e di 3-4
anni nel caso di una applicazione tipo UPS o
comunque non oltre il momento della sostitu-
zione che richiederebbe la batteria al piombo.
In questa prospettiva l’uso delle batterie al litio
nel settore UPS è destinata ad avere grande e
rapida diffusione con evidenti vantaggi sia per
gli utilizzatori dell’UPS sia per i produttori di
UPS che potranno offrire nuovi, più performan-
ti ed affidabili prodotti sul mercato.
*Eugenio Mascagni, SIEL SpA UPS
**Alessandro Scorcioni, VOLTMEC SrL
Lithium Batteries
