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).