Obiettivi Formativi

Il corso si pone in primo luogo l'obiettivo di fornire conoscenze e competenze relative alle varie tipologie di powertrain elettrici ed ibridi, ai sistemi per la ricarica delle batterie ed alle interazioni tra veicoli elettrici e sistema elettrico. Gli studenti svilupperanno inoltre durante il corso la capacità di applicare tali conoscenze nella progettazione e nella modellizzazione di convertitori elettronici ed azionamenti elettrici per applicazioni di mobilità elettrica, nonché quella di valutare autonomamente le caratteristiche e le prestazioni delle varie tipologie di sistemi di propulsione elettrica e di sistemi di ricarica. Ulteriori obiettivi del corso sono quello di affinare le capacità comunicative degli studenti, per metterli in grado di intendere ed utilizzare compiutamente il linguaggio tecnico di un settore multidisciplinare come quello della mobilità elettrica, e quello di sviluppare in essi un’autonoma capacità di aggiornamento in un campo caratterizzato da rapida e costante evoluzione tecnologica.

Learning Goals

The course primarily aims to provide knowledge and skills relating to electric and hybrid powertrains, battery charging systems and the interactions between electric vehicles and the electric system. Students will also develop during the course the ability to apply this knowledge in the design and modeling of electronic converters and electric drives for electric mobility applications, as well as to independently assess the characteristics and performance of different types of electric propulsion and charging systems. Further objectives of the course are those to enable the students to understand and fully use the technical language of a multidisciplinary sector such as that of electric mobility, and to develop in them a self-learning ability in a field characterized by rapid and constant technological evolution.

Metodi didattici

Il corso, al fine di raggiungere gli obiettivi formativi previsti, si svolge prevalentemente attraverso lezioni frontali, esercitazioni numeriche e simulazioni svolte in aula. Tutte le attività sono svolte con supporto di slide delle lezioni. Sono inoltre previste esercitazioni sperimentali in laboratorio, seminari e visite guidate.

Teaching Methods

The course, in order to achieve the expected learning objectives, mainly takes place through lectures, guided exercises and simulations accomplished in the classroom. All activities are carried out with the support of lecture slides. Practical based lessons in laboratory, workshops and offsite educational visits are also scheduled.

Prerequisiti

Basi teoriche di fisica, elettrotecnica ed elettronica di potenza.

Prerequisites

Theoretical bases of physics, electrical engineering and power electronics.

Verifiche dell'apprendimento

L’esame è di tipo orale. Durante l’esame gli studenti sono preliminarmente tenuti a presentare una relazione su un progetto assegnato dal docente. Se la valutazione sul progetto è positiva, si procede al colloquio nel quale gli studenti devono rispondere a quesiti su argomenti trattati durante corso. Parametri di valutazione dell’esame sono il livello di conoscenza degli argomenti, la capacità di organizzare discorsivamente la conoscenza, la capacità di ragionamento critico, la qualità ed efficacia dell’esposizione e la padronanza del linguaggio tecnico. La valutazione dell’esame è in trentesimi.

Assessment

The final exam consists in an oral test. In the exam, students are required to present a report on a project assigned by the teacher. If the evaluation of the project is positive, the exams can proceed with questions about the topics covered during the course. Evaluation parameters of the exam are the level of knowledge of the topics, ability to discursively organize knowledge, critical reasoning skills, quality and effectiveness of the presentation and expertise in using the technical language. The exam is graded out of thirty.

Programma del Corso

- E-MOBILITY –Decarbonizzazione dei sistemi di trasporto. Sviluppo della tecnologia e del mercato dei veicoli elettrici ed ibridi e delle infrastrutture di ricarica. - VEICOLI ELETTRICI ED IBRIDI – Modello matematico del veicolo. Veicoli puramente elettrici: caratteristiche, configurazioni, componenti, efficienza, frenata rigenerativa. Veicoli ibridi: coefficiente di ibridazione, tipologie full, plug-in, mild e micro hybrid, configurazioni serie, parallelo e serie/parallelo, torque coupling, speed coupling, trasmissioni power-split, recupero dei cascami energetici. Veicoli ibridi con fuel cell. - CONVERTITORI ELETTRONICI PER VEICOLI ELETTRICI – Classificazione, dispositivi elettronici di potenza, funzionamento in commutazione, modulazione PWM. Convertitori DC-DC per sistemi elettrici veicolari multi-voltage. - AZIONAMENTI VEICOLARI CON MOTORE IN CORRENTE CONTINUA – Principio di funzionamento del motore in corrente continua, chopper a quattro quadranti, controllo di armatura e di campo. - AZIONAMENTI VEICOLARI CON MOTORE BRUSHLESS DC – Principio di funzionamento del motore Brushless DC, inverter, sistemi di controllo. - AZIONAMENTI VEICOLARI CON MOTORE ASINCRONO – Principio di funzionamento del motore asincrono, inverter controllato in corrente, sistemi di controllo scalare e vettoriale ad orientamento di campo, diagrammi limite di funzionamento, MTPA. - AZIONAMENTI VEICOLARI CON MOTORE SINCRONO A MAGNETI PERMANENTI – Principio di funzionamento del motore sincrono, tipologie di motore sincrono a magneti permanenti, controllo vettoriale, diagrammi limite di funzionamento, MTPA e MTPV. - SISTEMI DI ACCUMULO DELL’ENERGIA – Batterie: principio di funzionamento, tipologie, parametri e caratteristiche funzionali, processi di carica e scarica, battery management system, meccanismi di invecchiamento, second life. Supercondensatori. Fuel cell. - SISTEMI DI RICARICA – Ricarica conduttiva, induttiva, lenta veloce. Protocolli di ricarica. Tipologie di colonnine di ricarica. Convertitori AC/DC e DC/DC per sistemi di ricarica. E-Roads. Vehicle to Grid. - SIMULAZIONE DI VEICOLI ELETTRICI ED IBRIDI – Introduzione all’ambiente MATLAB/Simulink, esempi di simulazione.

Course Syllabus

- E-MOBILITY - Decarbonization of transport systems. Electric and hybrid vehicles and charging infrastructures development of the technology and market. - ELECTRIC AND HYBRID VEHICLES - Mathematical model of the vehicle. Pure electric vehicles: characteristics, configurations, components, efficiency, regenerative braking. Hybrid vehicles: hybridization coefficient, full, plug-in, mild and micro hybrid types, series, parallel and series/parallel configurations, torque coupling, speed coupling, power-split transmissions, energy harvesting. Hybrid vehicles with fuel cells. - ELECTRONIC CONVERTERS FOR ELECTRIC VEHICLES - Classification, electronic power devices, switching mode, PWM. DC-DC converters for multi-voltage vehicular electrical systems. - DC MOTOR VEHICLE DRIVES- Principle of operation of the DC motor, four-quadrant chopper, armature and field control. - DC BRUSHLESS MOTOR VEHICLE DRIVES - Principle of operation of the Brushless DC motor, inverter, control systems. - INDUCTION MOTOR VEHICLE DRIVES - Principle of operation of the induction motor, current controlled inverter, scalar and field-oriented control systems, operating range limit diagrams, MTPA. - PERMANENT MAGNET SYNCHRONOUS MOTOR VEHICLE DRIVES - Operating principle of the synchronous motor, permanent magnet synchronous motor types, vector control, operating range limit diagrams, MTPA and MTPV. - ENERGY STORAGE SYSTEMS - Batteries: operating principle, types, parameters and functional characteristics, charge and discharge processes, battery management system, aging mechanisms, second life. Supercapacitors. Fuel cell. - CHARGING SYSTEMS - Conductive, inductive, slow and fast charging. Charging protocols. Types of charging stations. AC/DC and DC/DC converters for charging systems. E-Roads. Vehicle to Grid. - SIMULATION OF ELECTRIC AND HYBRID VEHICLES - Introduction to the MATLAB/Simulink environment, examples of simulation.