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.
The purpose of the course is to give students a basic overview of the electric power components and systems which are found onboard vehicles, either conventional (based on Internal-Combustion Engines), or with electric or hybrid propulsion.
Part of the course will be devoted to special electrical components that can be found onboard vehicles and not dealt with un other courses: batteries, fuel cells, hydrogen as a source of energy for propulsion
The course will also be useful to learn electronic converters and electric drives structure and operation.
Electric Propulsion
The purpose of the course is to give students the ability to comprehend and analyse electric and hybrid vehicles, to evaluate their competitiveness (through Life-Cycle assessment and Whell-To-Wheels analysis), understand which architecture they may have, as well as how to operate them and manage their on-board energy. It includes a description of Railway Electric Traction Systems.
La verifica avverrà prevalentemente con la prova orale dell'esame finale.
Anche le prove pratiche, seppur orientate prevalentemente alla valutazione delle competenze, avranno una significativa valenza di valutazione delle conoscenze.
Verification of the acquired knowledge will be made though the oral part of the final examination.
Even the practical tests, 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 le prova pratiche dell'esame finale in quanto durante esse gli studenti dovranno mostrare di essere capaci di effettuare simulazioni del funzionamento di sottosistemi e di power train completi, di analizzarne i risultati e commentarli in una relazione tecnica.
Anche la prova orale, seppur orientata prevalentemente alla valutazione delle conoscenze, avrà una significativa valenza di valutazione delle capacità, attragerso domantde specifiche del tipo "how-to".
Verification of the acquired skills will be made mainly through the practical test of the final examination. In fact during these tests students will have do demonstrate their ability to simulate subsystems and entire power trains, analyse the outcomes and discuss them in a technical report.
Alto the oral final examination, although mainly oriented to the assessment of the acquired knowledge, will be useful to evaluate skills, through specific how-to questions.
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 will stimulate a 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 the acquired critical approach to thinking, by analysing students' answers to open questions, as well as critical analysis of unexpected simulation results.
E' previsto che gli studenti possiedano conoscenze di base di elettromagnetismo e elettrotecnica, in particolare circuiti elettrici in corrente al continua e alternata, monofasi e trifasi, e macchine elettriche (sincrona, asincrona, trasformatore).
Students are supposed to have basic knowledge of electromagnetism laws, electric circuits (DC and AC, single-phase and three-phase), electric machinery (Asynchronous, Synchronous, transformer), 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.
Tutti i modelli sono realizzati nel linguaggio di simulazione standard Modelica, e saranno completamente aperti. Gli allievi avranno accesso a tutte le equaizioni dei modelli e potranno simularli virtualmente con qualsiasi tool di simulazione Modelica-compliant.
Lessons.
Usage of the blackboard is in general 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 continuously help to solve problems and enhance the produced models.
Sistemi elettrici di bordo
Lezioni
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) .
Azionamenti elettrici: in continua, in alternata basati sulla macchina asincrona, in corrente alternata basati sulla macchina sincrona a magneti permanenti
Esercitazioni
Simulazioni sul funzionamento di parti del sistema elettrico di bordo (es. generazione, accensione) e su convertitori elettronici (frazionatori, inverter, ponti a diodi)
Propulsione elettrica
Lezioni
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.
La ricarica dei veicoli elettrici a batteria.
Esercitazioni
Simulazioni sul funzionamento di power train a propulsione elettrica a batteria, ed ibrida, secondo varie tipologie
On-board electric Systems.
Lessons
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.
Practice
During practice sessions the students will simulate parts of the Vehicle On-board Electric System (e.g. generation, spark generation), and electronic converters (DC/DC converters, inverters, diode bridges)
Electric Propulsion
Lessons
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.
Recharging of Battery Electric vehicles
Practice
During practice sessions the students will simulate power trains of battery-fed electric vehicles as well as hybrid-electric vehicles of different types.
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 prova orale e due prove pratiche in laboratorio informatico. Eccetto casi speciali, il voto finale sarà ottenuto come media aritmetica del voto della prova orale con la media dei voti delle prove pratiche.
La sessione orale dura tipicamente 20-30 minuti per modulo, e consiste nella discussione di un significativo numero di argomenti del programma.
Ognuna delle duue prove pratiche 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 two practical IT lab tests. Except for special situations, the final mark will be the aritmetic average of marks received in the oral session and the average of the marks received in the two practical tests.
The oral session will last typically 20-30 minutes per module, and consist in discussing a significant number of the topics included in the program.
Each of the practical tests 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.
