SSD: ING-IND/32
CFU: 6

Insegnamenti propedeutici (se previsti dall'Ordinamento del CdS)

Programmazione.

Eventuali prerequisiti

Conoscenze di base su:

• macchine elettriche;
• elettronica di potenza;
• convertitori statici di energia elettrica;
• sistemi di controllo a ciclo chiuso.

Obiettivi formativi

Obiettivo dell'insegnamento è quello di fornire agli studenti competenze avanzate sul dimensionamento, sul controllo e sull'esercizio di veicoli elettrici ed ibridi che consentano sia l'analisi delle prestazioni energetiche e dinamiche dei veicoli, tenendo conto delle diverse tipologie di sorgenti di bordo sia a batterie che a celle a combustibile.

Risultati di apprendimento attesi

Conoscenza e capacità di comprensione

Lo studente deve dimostrare di:

• aver appreso gli strumenti metodologici per l’analisi e il dimensionamento sia dei singoli sottosistemi di un veicolo elettrico ed ibrido- con particolare riferimento alle architetture dei veicoli e la loro gestione ottimizzata dei flussi di potenza in presenza di una o più sorgenti di bordo;
• conoscere i punti di forza e le criticità delle diverse architetture di veicoli elettrici ed ibridi basati su differenti tipologie di macchine elettriche, convertitori e strategie di controllo.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Lo studente deve dimostrare di:

• sapere utilizzare in autonomia gli strumenti metodologici acquisiti al fine individuare le soluzioni più idonee nel caso di nuove installazioni, con particolare riferimento ai sistemi automotive;
• saper implementare programmi di simulazione in ambiente Matlab/Simulink per l’analisi preventiva delle prestazioni dinamiche ed energetiche di un veicolo;
• saper applicare le conoscenze teoriche acquisite attraverso esercitazioni analitiche ed esperienze sperimentali su veicoli reali

Programma - Syllabus

Introduzione – Parte Generale

• Storia di EV
• Gap di EV rispetto a ICE
• Classificazione veicoli ibridi e elettrici
• Tipologie di EV
• Veicoli elettrici ibridi (HEV)
• Architetture HEV

Descrizione generale del movimento del veicolo

• Resistenza del veicolo
• Equazione dinamica
• Adesione pneumatico-terreno e massimo sforzo di trazione
• Sforzo di trazione del treno di potenza e velocità del veicolo
• Caratteristiche della centrale elettrica e della trasmissione del veicolo
• Prestazioni del veicolo
• Utilizzo di risparmio di carburante Risparmio di carburante
• Prestazioni della frenata

Modellazione Veicolo Ibrido (HEV)

• Concetto di trasmissione elettrica ibrida
• Architetture di trasmissioni ibride elettriche serie e Parallela
• Modellazione per l'Analisi Energetica
• Analisi energetica a livello di veicolo
• Equazioni del moto
• Approcci di modellazione avanti e indietro
• Bilancio energetico del veicolo
• Cicli di guida

Componenti del gruppo propulsore

• Motore a combustione interna
• Rapporti di trasmissione e cambio meccanico
• Sistemi di trasmissione planetari
• Macchine elettriche
• Motori IM, Motori PM-BR, Motori DC
• Convertitori di potenza o Inverter Dc/Ac e Chopper Dc/Dc
• Accumulo di energia
• UC-Ultracondensatori e batterie
• Celle a combustibile

Veicoli elettrici

• Configurazioni di Veicoli Elettrici
• Performance dei Veicoli Elettrici
• Sforzo di trazione nella guida normale
• Consumo di energia
• Architettura del gruppo propulsore
• Batterie: Panoramica Tecnologie, Caratterizzazione della batteria, Modelli matematici, Sistemi di gestione della batteria 

Strategia di controllo della potenza del veicolo (VPCS) ed Energy Management System (EMS) di HEV

• Concetti di base di VPCS ed EMS
• Metodologia da implementare
• Vantaggi della gestione dell'energia
• Classificazione delle strategie di gestione dell'energia
• Il problema del controllo ottimale in HEV: Formulazione generale del problema
• Principio minimo di Pontryagin per l'EMP negli HEV
• Consumo equivalente (ECMS)
• Strategia di minimizzazione
• Equivalenza tra Pontryagin Principio minimo e ECMS
• Correzione del consumo di carburante e variazione SOC
• Controllo ottimale adattativo
• Metodi di controllo: Adattamento basato sul feedback di SOC, Analisi e Confronto dei Metodi A-PMP, Calibrazione di strategie adattive

Casi di studio

• Architettura parallela
• Modello Powertrain
• Implementazione del modello in Advisor tool : Matlab-Simulink
• Risultati

Materiale didattico

Si veda il sito web del docente della materia.

Modalità di svolgimento dell'insegnamento

Il docente utilizzerà:

• lezioni frontali per circa l’80% delle ore totali
• esercitazioni in aula e in laboratorio per circa il 20% delle ore totali

Verifica di apprendimento e criteri di valutazione

Modalità di esame

L'esame si articola in prova solo orale e discussione di elaborato progettuale.

L’esame si articola in due momenti distinti, seppur contigui dal punto di vista temporale:

• verifica di un elaborato progettuale consistente in un programma di simulazione realizzato e implementato da ciascuno studente per la modellizzazione di architetture di veicoli ibridi (peso 1/4);
• tre domande teoriche relative ai contenuti fondamentali in cui si articola il corso (peso 3/4).