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FRANCESCA SOAVI
Docente Interateneo
Dipartimento di Ingegneria "Enzo Ferrari"
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Insegnamento: Electrochemical Energy Storage and Conversion
Advanced Automotive Engineering (Offerta formativa 2022)
Obiettivi formativi
Acquisire una metodologia di analisi dei sistemi di accumulo dell’energia utilizzati in ambito automobilistico, con particolare riferimento ai sistemi basati su batterie al litio.
Conoscere e comprendere i fondamenti della chimica di cella, le caratteristiche dei materiali utilizzati e le principali problematiche connesse al processo produttivo.
Classificare le diverse chimiche di cella e le tecnologie costruttive in associazione alle diverse possibili applicazioni in ambito automotive.
Apprendere la metodologia di modellazione delle celle al litio ai fini della rappresentazione della loro caratteristica esterna e della variabilità dei parametri di cella.
Conoscere le principali problematiche legate alla formazione di pacchi di celle collegate in serie/parallelo.
Apprendimento della metodologia di progetto di un sistema di accumulo
Sviluppare la capacità di analizzare soluzioni di accumulo elettrochimico innovative.
Apprendere i fondamenti di sistemi di accumulo alternativi alle batterie: supercondensatori e volani
Prerequisiti
Azionamenti Elettrici
Programma del corso
Il corso è diviso in due moduli tenuti da due diversi docenti:
Prof.ssa Francesca Soavi, Elettrochimica dei sistemi di conversione accumulo dell’energia, 3 CFU
Prof. Davide Pontara, Applicazione delle batterie nel trasporto, 3CFU
I docenti copriranno in maniera esaustiva e senza discontinuità il programma riportato qui sotto, per chiarezza, in maniera compatta.
Elettrochimica delle batterie: aspetti di base.
Funzionamento, stabilità, sicurezza ed invecchiamento delle batterie litio-ione.
Protocolli standard di caratterizzazione e di validazione.
Nuove tipologie di batterie, es. litio-aria.
Caratteristiche ed entità del settore produttivo delle batterie al litio e loro utilizzo.
Classificazione dei sistemi di accumulo in funzione di applicazione in ambito automobilistico (BEV, HEV, PHEV) e loro collocazione sul diagramma di Ragone.
Modello semplificato ed accurato a parametri concentrati di una cella al litio.
Livello di carica (SOC) di una batteria al litio e prestazioni.
Valutazione prestazionale della cella al litio.
Pacco batteria e sistema di gestione batterie
Sistema di gestione batteria (BMS) e interfacciamento con altri sistemi di conversione.
Controllo termico del pacco batteria.
Funzioni di sicurezza e normativa di riferimento nella gestione delle celle al lito.
Altri sistemi di accumulo ad elevata densità di potenza: supercondensatore, volano (KERS).
Metodi didattici
Lezioni frontali in cui verranno affrontati alcuni aspetti di base dei sistemi elettrochimici di accumulo e conversione dell'energia, lo stato della tecnologia di alcuni dispositivi e alcuni aspetti della ricerca e sviluppo di materiali per batterie al litio e supercondensatori.
Sono previste esercitazioni pratiche al calcolatore per la realizzazione dei modelli numerici dei diversi sistemi di accumulo e prove pratiche in laboratorio per la determinazione a banco dei parametri di cella.
Testi di riferimento
A lezione verranno date indicazioni sui testi di riferimento, tutti disponibili nelle biblioteche. Verranno inoltre forniti articoli e review di supporto.
Per Approfindimento:
Bruno Scrosati, K. M. Abraham, “Lithium Batteries: Advanced Technologies and Applications” Wiley, ISBN: 1118183657
Davide Andrea, “Battery Management Systems for Large Lithium Ion Battery Packs” 1st edition
Artech House; ISBN: 1608071049
Verifica dell'apprendimento
La prova finale è orale e mira a verificare, sulla base di un argomento a scelta dello studente e di due o più domande sui principali argomenti trattati, sia l'acquisizione delle conoscenze previste dal programma del corso che la capacità dello studente di sapersi muovere all'interno degli argomenti trattati, anche utilizzando il materiale bibliografico fornito dal docente.
Risultati attesi
Conoscenza e capacità di comprensione: tramite le lezioni frontali e le esercitazioni numeriche, gli studenti apprendono i metodi e le tecniche principali di analisi dei sistemi di accumulo basati su batterie al litio di interesse automobilistico.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione: gli studenti apprendono come configurare e dimensionare un sistema di accumulo per veicoli elettrici o ibridi.
Autonomia di giudizio: tramite l’interazione con il docente, gli studenti sviluppano la capacità di analizzare il settore dei sistemi di accumulo e di prevedere le tendenze di sviluppo a medio lungo termine del settore.
Abilità comunicative: tramite il confronto con il docente, lo studente sviluppa la capacità di comunicare la propria conoscenza del settore, sia in termini propriamente tecnici che di ‘mercato’. In questo modo le informazioni sui sistemi di accumulo possono essere presentate anche ad interlocutori non strettamente specializzati sulla materia.