ECTS - University of Pisa
Il corso è composto di due moduli: "Sistemi elettrici di Bordo" e "Propulsione Elettrica".
Sistemi Elettrici di Bordo.
Conoscenze generali sull'architettura dei veicoli elettrici e ibridi.
Il funzionamento del sistema elettrico ausiliario dei veicoli stradali a propulsione convenzionale: schema, funzioni speciali (avviamento, accensione), componenti speciali (batterie, fuel cells e idrogeno).
Convertitori elettronici (prevalentemente DC/DC e convertitori a commutazione forzata) e azionamenti elettrici (DC, asincroni trifase, sincroni trifase).
Propulsione elettrica
Confronto di diverse categorie di veicoli stradali, basati sul concetto del Life-Cycle assessment e dell'analisi Well-to-wheels.
Apparati propulsivi di veicoli a propulsione elettrica (prevalentemente stradale e ferroviario).
Gestione dell'energia a bordo dei veicoli ibridi.
Architettura e funzionamento del sistema elettrico di alimentazione delle linee elettriche ferroviarie.
The course consists of the following two modules: "On-board electric systems" and "Electric propulsion".
On-board electric Systems.
Purpose of the course is to give students a basic overview of the electric power systems which are found on board vehicles, either conventional (based on Internal-Combustion Engines), or with electric or hybrid propulsion.
The course will also be useful to learn electronic converters and electric drives structure and operation.
Electric Propulsion
Purpose of the course is to give students the ability to comprehend and analyse electric and hybrid vehicles, to evaluate their competitiveness, understand which architecture they may have, as well as how to operate them and manage their on-board energy. It includes description of Railway Electric Traction Systems, and basic knowledge on Naval electric Propulsion.
La verifica avverrà prevalentemente con la prova orale dell'esame finale.
Anche la prova pratica, seppur orientata prevalentemente alla valutazione delle competenze, avrà una significativa valenza di valtuazione delle conoscenze.
Verification of the acquired knowledge will be made though the final examination.
Even the practical session, though being mainly oriented to verify the acquired competences, will be useful, to some extent, to verify the acquired knowledge.
Lo studente dovrà acquisire capacità di analizzare criticamente diverse architetture di propulsione per veicoli a propulsione elettrica e ibrida, nonché del sistema elettrico ausililiario di veicoli a propulsione convenzionale.
Dovrà acquisire capacità di simulare il funzionamento dei principali componenti e del sistema propulsivo veicolare nel suo assieme utilizzando il linguaggio di simulazione Modelica.
Expected acquired skills are:
Capability to analyse different vehicular architectures in terms of Well-to-Wheels analysis.
Capability to perform Modelica simulations of onboard-electric systems, included electric drives, in simulations meaningful of actual vehicle operation,
La verifica avverrà prevalentemente con la prova pratica dell'esame finale.
Anche la prova orale, seppur orientata prevalentemente alla valutazione delle conoscenze, avrà una significativa valenza di valutazione delle capacità.
The student will be assessed on his/her demonstrated ability to discuss the main course contents and the acquired skills using the appropriate terminology during both the oral exam and the laboratory activity and report.
In particular in the lab test students will have to master the simulation environment used during the course, and to write clear reports on the simulations performed.
Il principale comportamento che si ritiene di fornire è lo sforzo di analisi critica in generale, e di fronte alle tematiche culturali del corso, soprattuto al rapporto con gli strumenti di simulazione.
The behaviour the course wants to teach is a critical attitude towards the topics of the course and engineering topics in general. In particular, it sill stimulate critical attitude towards simulation software and its results.
Atteggiamento critico di fronte a domande aperte.
Atteggiamento critico di fronte a risultati imprevisti delle simulazioni.
The teacher will check aquired critical approach to thinking analysing students' answers to open questions, as well as critical analysis of unespected simulation results.
E' previsto che gli studenti possiedano conoscenze di base di elettrotecnica, in particolare circuiti elettrici in corrente al continua e alternata, monofasi e trifasi, e macchine elettriche (DC, sincrona, asincrona, trasformatore).
Students are supposed to have basic knowledge of electric circuits, electric machinery, and electric drives.
Le lezioni frontali di svolgono in molti casi con l'uso della lavagna. Questo in quanto il docente ritiene più produttivo che lo studente veda crescere il contenuto di una spiegazione mentre viene sviluppato alla lavagna, piuttosto che vederlo proiettato come prodotto finito.
Ciononostante in molti casi verrà fatto uso di slides, le quali sono comunque frequentemente integrate da spiegazioni e approfondimenti direttamente sviluppato alla lavagna.
Per quanto riguarda le esercitazioni il docente fornirà agli allievi dei modelli di simulazione incompleti, che gli allievi competeranno e simuleranno. Il docente farà attenzione a stimolare la capacitià di analisi dei risultati.
Lessons.
Usage of blackboard is in deneral preferred over projected slides. Even when the lesson is based on slides, blackboard will be frequently used to give clarifications and further explanations. This will make lessons more interactive and productive
Laboratory
The teacher supplies partial models to the student, which will be asked to complete and simulate them. The teacher will help continuously to solve problems and enhance the produced models.
Sistemi elettrici di bordo
Il elettrico ausiliario dei veicoli stradali a propulsione convenzionale: schema, funzioni speciali (avviamento, accensione), componenti speciali (batterie, fuel cells e idrogeno).
Convertitori elettronici (inclusi ponti a diodi, convertitori DC/DC inverter a commutazione forzata) .
Azionamento elettrici: in continua, in alternata basati sulla macchina asincrona, in corrente alternata basati sulla macchina sincrona a magneti permanenti
Cenni sul sistema elettrico navale e ferroviario.
Propulsione elettrica
Confronto di diverse categorie di veicoli stradali, basati sul concetto del Life-Cycle assessment e dell'analisi Well-to-wheels.
Differenti architetture dei veicoli elettrici e ibridi, incluso il possibile utilizzo dell'idrogeno e delle celle a combustibile. Ottimizzazione dell'uso di energia nei veicoli a propulsione ibrida.
Analisi avanzata di azionamenti elettrici.
Sistemi elettrici ferroviari, inclusi i relativi sistemi di alimentazione in corrente continua e alternata.
Cenni sulla propulsione elettrica navale.
On-board electric Systems.
Introduction to Power Electronics converters, including diode bridges, DC/DC converters, forced-commutated inverters. Electric drives: DC drives, induction-machine-based AC drives, permanent-magnet synchronous-machine based AC drives.
Architecture of On-Board Electric Systems, On-board Energy Storage technology, systems to generate high voltage on spark plugs.
Electric Propulsion
Comparison of different categories of road vehicles, based on the basic ideas of Life-Cycle Assessment and Well-to-Wheels analysis. Different architectures of electric and Hybrid vehicles, including possible use of hydrogen and fuel cells. Optimization of hybrid vehicles energy usage. Advanced analysis of Electric Drives.
Railway electric transportation systems, with DC and AC feeding systems.
The teacher provides his own material for study, consisting on written text and slide-shows, that are at disposal from an official internet area. For those that want to have also support of a book, the recommended book is: M. Ehsani, Y Goo, A. Emadi: "Modern Electric, Hybrid Electric, and Fuel Cell Vehicles", CRC Press Inc, 2009. A good book for building or re-building basic knowledge of electric circuits, power electronics, and electric machinery is: M. Ceraolo, P. Poli: "Fundamentals of Electric Power Engineering", IEEE-Wiley, ISBN SBN-13: 978-1118679692 (also available from Amazon)
Si raccomanda vivamente la frequenza soprattutto in quanto lo studio individuale è poco adatto all'acquisizione delle competenza pratiche simulative.
Studenti che non intendessero frequentare attivamente dovranno prendere contatti con il docente per ricevere istruzioni su come prepararsi all'esame finale.
Attendance is strongly recommended, specially because of the ability to perform simuations which must be learned.
Students not actively attending the course are warmly recommended to contact the teacher to receive instructions on how to prepare for the final exam.
L'esame finale è costituito da una sessione orale ed una pratica di laboratorio informatico. Eccetto casi speciali, il voto finale sarà ottenuto come media aritmetica dei due voti parziali.
La sessione orale dura tipicamente 20-30 minuti per modulo, e consiste nella discussione di un significativo numero di argomenti del programma.
La sessione pratica durerà tipicamente 3.5h, e consisterà in simulazioni utilizzanti il linguaggio Modelica, basate su simulazioni di riferimento effettuate nel corso delle esercitazioni, nonché nella redazione di un rapporto sulle simulazioni effettuate e sui risultati ottenuti.
The final exam will be composed by an oral session and a practical session in the lab. Except for special situations, the final mark will be the aritmetic average of marks received in the two tests.
The oral session will last typically 20-30 minutes per module, and will consist in discussing a significant numbber of the topics included in the program.
The practical session will last typically 3.5h and will consist in simulations using Modelica language, based on simulations performed with teacher's assistance during the year, and in the writing of a clear report on the simulations performed and result obtained.
