Spiegazione del nome

Una microrete si riferisce a un sistema elettrico locale composto da risorse energetiche distribuite (come energia solare, batterie di accumulo, generatori diesel, ecc.) e carichi, che ha la capacità di funzionare in modo autonomo e può operare indipendentemente in modalità **connessa alla rete (connessione alla rete) o fuori rete**.

MISO è un'organizzazione regionale statunitense per il dispacciamento della rete e la gestione del mercato, responsabile del coordinamento e della gestione dei sistemi di trasmissione ad alta tensione in vari stati centrali e meridionali degli Stati Uniti (come Minnesota, Indiana, Mississippi, ecc.) e in alcune aree della provincia di Manitoba, in Canada. È uno dei principali ISO (Independent System Operator) del Nord America.

L'NCA è un sistema di materiali catodici ternari ampiamente utilizzato nelle batterie agli ioni di litio ad alte prestazioni, con una formula chimica tipicamente LiNiₓCoᵧAl?O₂ (dove x + y + z ≈ 1), composto principalmente da nichel, integrato da cobalto e alluminio. I materiali NCA presentano un'elevata densità energetica, un lungo ciclo di vita e una buona stabilità termica e sono ampiamente utilizzati nei veicoli elettrici (EV) e nei sistemi di accumulo di energia.

Nel campo delle batterie e dei sistemi di accumulo di energia, il termine NFPA 885 non è uno standard indipendente; infatti, il suo contenuto è del tutto identico a quello della NFPA 855 (standard per l'installazione di sistemi di accumulo di energia fissi). La NFPA 855 è una specifica autorevole emessa dalla National Fire Protection Association (NFPA) e mira a garantire la sicurezza antincendio nella progettazione, installazione, funzionamento e manutenzione dei sistemi di accumulo di energia.

Il nichel (Ni) è un elemento metallico di transizione, ampiamente utilizzato nei materiali catodici, in particolare nei materiali ternari delle batterie agli ioni di litio (NMC, NCA), dove svolge un ruolo importante. La sua aggiunta può migliorare significativamente la densità energetica e la capacità delle batterie ed è una delle materie prime chiave per le batterie ad alte prestazioni per veicoli elettrici.
Il ruolo del nichel nelle batterie: Aumento della capacità: il nichel può aumentare significativamente la capacità reversibile del catodo, migliorando così la densità energetica dell'intero pacco batteria. Riduzione dell'uso del cobalto: grazie a una progettazione ad alto contenuto di nichel (come l'NMC 811), è possibile ridurre l'uso del costoso cobalto, controllando i costi. Influenza sulla stabilità termica: sebbene l'aumento del contenuto di nichel aumenti la densità energetica, può anche ridurre la stabilità termica della batteria, richiedendo l'uso di un sistema di gestione termica migliore.

L'NMC è un materiale catodico ternario ampiamente utilizzato nelle batterie agli ioni di litio, composto da nichel (Ni), manganese (Mn) e cobalto (Co) in una certa proporzione. La sua formula chimica è solitamente rappresentata come LiNixMnyCozO₂ (dove x + y + z ≈ 1), con il nichel che fornisce densità energetica, il manganese che migliora la stabilità strutturale e il cobalto che migliora la conduttività e la durata del ciclo.
Caratteristiche principali: Elevata densità energetica: rispetto a materiali come il litio ferro fosfato (LFP), le batterie NMC hanno una maggiore capacità di accumulo di energia per unità di massa, rendendole adatte ad applicazioni con requisiti di autonomia elevati. Buona durata del ciclo: in proporzioni ragionevoli (come NMC 622 o 811), è possibile bilanciare densità energetica e durata. Stabilità termica generale: elevati requisiti di gestione termica e potenziale rischio per la sicurezza in caso di carica e scarica ad alta velocità o in ambienti ad alta temperatura. Il costo è fortemente influenzato dai prezzi dei metalli: in particolare il cobalto, che è costoso e ha una catena di approvvigionamento concentrata.

La tensione nominale si riferisce al valore tipico della tensione di uscita di una batteria in condizioni operative normali, che viene solitamente utilizzato per indicare il livello di tensione del tipo di batteria e non corrisponde alla tensione istantanea o di picco. È un parametro comune nelle specifiche della batteria, utilizzato per la progettazione del sistema, la selezione della batteria e il confronto delle prestazioni.
La funzione e l'importanza includono: abbinamento del sistema per facilitare l'adattamento della tensione tra il sistema della batteria, il motore e i componenti di controllo elettrico; calcolo della capacità, che può essere utilizzato per una rapida stima dell'energia totale del pacco batteria (Wh = Ah × tensione nominale); identificazione della comunicazione, in cui il BMS e i sistemi esterni identificano i tipi di celle tramite la tensione nominale; e identificazione di sicurezza, che distingue diversi intervalli di tensione di lavoro, contribuendo a prevenire operazioni errate.

La caratteristica di scarica non lineare si riferisce al fenomeno per cui la tensione, la potenza o la capacità residua della batteria non cambiano linearmente con il tempo o la corrente durante il processo di scarica, ma sono influenzate da vari fattori e mostrano un decadimento non uniforme. Questo comportamento non lineare è uno dei parametri a cui dare priorità nella progettazione delle batterie e nei sistemi di gestione (come i BMS).

NPCC (Northeast Power Coordination Committee) è una delle nove entità regionali della North American Electric Reliability Corporation (NERC), responsabile della supervisione e del miglioramento della sicurezza e dell'affidabilità del sistema elettrico nel nord-est degli Stati Uniti e in alcune parti del Canada.
La relazione con i sistemi di batterie/accumulo di energia:
Domanda di regolamentazione della rete: la rete elettrica nella regione NPCC ha requisiti elevati per la velocità di risposta della regolazione della frequenza e della tensione, che è adatta all'implementazione di sistemi di accumulo di energia a batteria (BESS) a risposta rapida;
Sostenere lo sviluppo delle energie rinnovabili: i sistemi di accumulo di energia aiutano a bilanciare la generazione intermittente di energia fotovoltaica ed eolica;
Partecipazione ai servizi ausiliari di mercato: BESS può partecipare a servizi quali la regolazione della frequenza e la capacità di riserva nel mercato RTO nell'ambito dell'NPCC (come NYISO).

L'invecchiamento OCV si riferisce al fenomeno in cui la curva di relazione tra tensione a circuito aperto (OCV, Open Circuit Voltage) e stato di carica (SOC) della batteria varia o si distorce a causa di reazioni elettrochimiche, reazioni collaterali o cambiamenti strutturali durante l'uso o lo stoccaggio a lungo termine. Si tratta di un lento processo di degrado delle prestazioni, che ha un impatto importante sulla stima dello stato di carica e sulla valutazione dello stato di salute nel sistema di gestione della batteria (BMS).
Manifestazioni principali
Con lo stesso SOC, il valore OCV dopo l'invecchiamento è più alto o più basso;
La pendenza della curva OCV-SOC cambia. Ciò è particolarmente evidente nelle aree con SOC alto o basso.
Le curve OCV-SOC delle batterie in diverse fasi di invecchiamento appaiono disallineate o sovrapposte in modo incoerente.

Un circuito aperto si riferisce a uno stato in cui la batteria non è collegata ad alcun carico e non scorre corrente. In questo stato, la tensione ai terminali della batteria è chiamata tensione a circuito aperto (OCV, Open Circuit Voltage), un indicatore chiave che riflette l'energia potenziale elettrochimica all'interno della batteria.
Importanza dell'applicazione
L'OCV viene utilizzato per stimare lo SOC (stato di carica), soprattutto dopo che una batteria è stata lasciata a riposo per un certo periodo di tempo e la sua tensione tende a stabilizzarsi;
È un parametro importante per la modellazione delle prestazioni della batteria, la stima dello stato e la valutazione dello stato di salute;
Negli esperimenti e nella diagnostica sulle batterie, lo stato di circuito aperto viene utilizzato per ottenere una tensione di riferimento standardizzata.

La tensione a circuito aperto (OCV) si riferisce alla tensione ai terminali di una batteria quando non è collegato alcun carico esterno e non scorre corrente. Riflette la differenza di potenziale elettrochimico tra i poli positivo e negativo della batteria ed è una delle caratteristiche di tensione più intrinseche e stabili della batteria.
Caratteristiche
L'OCV è un'indicazione della differenza di potenziale tra i materiali interni della batteria
Di solito varia in modo monotono con SOC (stato di carica, stato di carica)
L'OCV misurato dopo che la batteria è completamente scarica è più vicino al valore reale (evitando gli effetti di polarizzazione)

Il limite operativo si riferisce alle condizioni al contorno della batteria o del sistema di batterie entro l'intervallo operativo sicuro, stabile ed efficace. Il superamento di questi limiti può comportare un degrado delle prestazioni, una riduzione della durata utile e persino l'insorgenza di incidenti (come fuga termica, guasti o incendi).
Importanza e funzionalità
Garantire la sicurezza: prevenire pericoli quali surriscaldamento, sovrapressione e fuga termica

Protezione del sistema: prolunga la durata del sistema, evita stress eccessivi

Manutenzione delle prestazioni: mantenere la capacità e l'efficienza entro l'intervallo di progettazione

Basi per le decisioni operative: importanti limiti dei parametri delle strategie di controllo EMS, BMS e PCS

La strategia operativa si riferisce a un insieme di metodi di controllo e logiche decisionali formulati durante la programmazione e il funzionamento giornalieri dei sistemi di batterie (come sistemi di accumulo di energia BESS, batterie per veicoli elettrici, microreti, ecc.), per raggiungere obiettivi specifici (come l'estensione della durata di vita, la massimizzazione dei ricavi, la garanzia della sicurezza).

La modalità operativa si riferisce alla classificazione dello stato di funzionamento del sistema di batterie o del sistema di accumulo di energia in diverse condizioni di lavoro, obiettivi o strategie di controllo. Diverse modalità operative corrispondono a diverse logiche di controllo, flussi di potenza e comportamenti dell'interfaccia, utilizzati per soddisfare diverse esigenze applicative, come la connessione alla rete, l'isolamento dalla rete, la carica e la scarica.

Nel campo delle batterie e dei sistemi di accumulo di energia, l'ottimizzazione si riferisce all'individuazione dello schema operativo ottimale per le prestazioni del sistema in presenza di vincoli, attraverso modelli matematici, algoritmi o strategie di controllo. Gli obiettivi includono solitamente: massimizzare i benefici economici, prolungare la durata della batteria, migliorare l'efficienza energetica, garantire la sicurezza o potenziare la capacità di risposta del sistema.

La sovraccarica si riferisce allo stato in cui la batteria viene caricata continuamente oltre il limite di tensione nominale, superando l'intervallo di sicurezza progettato. Questo processo può innescare una serie di reazioni fisiche e chimiche irreversibili, che rappresentano una seria minaccia per le prestazioni e la sicurezza della batteria.
Meccanismi di protezione
Il sistema di gestione della batteria (BMS) monitora la tensione di ogni cella in tempo reale per garantire che non superi il limite impostato (ad esempio 4.2 V per le batterie agli ioni di litio);
Le strategie di limitazione del caricabatterie o dell'EMS limitano la tensione e la corrente di carica massime;
Il sistema di gestione termica fornisce un raffreddamento ausiliario per ridurre il rischio di aumento della temperatura.

Il sovradimensionamento si riferisce alla progettazione della capacità nominale, della potenza o della quantità di componenti delle batterie o dei sistemi di accumulo di energia nella fase di progettazione del sistema, per superare la domanda media effettiva o il carico operativo nominale al fine di soddisfare gli obiettivi di ottimizzazione in termini di prestazioni, sicurezza, durata o economia.

La rottura delle particelle si riferisce al fenomeno per cui le particelle del materiale attivo del catodo o dell'anodo nelle batterie agli ioni di litio si rompono, si incrinano o si frammentano a causa di variazioni di volume o di stress meccanico durante il ciclo elettrochimico.
Il meccanismo di accadimento
Durante il processo di carica e scarica, i materiali attivi (come NMC, LFP, Si, ecc.) subiscono un'espansione/retrazione del volume.
L'accumulo di stress interno nella microstruttura porta alla formazione di microfratture ai confini delle particelle o alle interfacce dei cristalli.