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BATTERIES AND ENERGY STORAGE

Internazionalizzazione della Didattica BATTERIES AND ENERGY STORAGE

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0623300011
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA DELL'INFORMAZIONE ED ELETTRICA E MATEMATICA APPLICATA
CORSO DI LAUREA MAGISTRALE
ELECTRICAL ENGINEERING FOR DIGITAL ENERGY
2024/2025

OBBLIGATORIO
ANNO CORSO 2
ANNO ORDINAMENTO 2023
PRIMO SEMESTRE
CFUOREATTIVITÀ
432LEZIONE
216ESERCITAZIONE
WALTER ZAMBONI T Curriculum
Obiettivi
OBIETTIVO GENERALE. L'INSEGNAMENTO FORNISCE GLI STRUMENTI METODOLOGICI ED OPERATIVI PER L’ANALISI E IL DIMENSIONAMENTO DI BATTERIE E, PIÙ IN GENERALE, DI SISTEMI DI ACCUMULO DELL’ENERGIA E LORO INTEGRAZIONE NELLE RETI DI DISTRIBUZIONE DELL’ENERGIA ELETTRICA.

CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE. CARATTERISTICHE E PRESTAZIONI DI BATTERIE E SISTEMI DI ACCUMULO DELL’ENERGIA. TECNOLOGIA, MODELLISTICA E SIMULAZIONE ELETTRICA DELLE BATTERIE RICARICABILI. BATTERY MANAGEMENT SYSTEM E SISTEMI DI INTERFACCIAMENTO DI BATTERIE. CRITERI DI DIMENSIONAMENTO DI BATTERIE E SISTEMI DI ACCUMULO DELL’ENERGIA. REGOLAZIONE DEI FLUSSI ENERGETICI IN BATTERIE E SISTEMI DI ACCUMULO IN RETI INTELLIGENTI. MONITORAGGIO E DIAGNOSTICA DI BATTERIE RICARICABILI.

CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE. DIMENSIONARE SISTEMI DI ACCUMULO A BATTERIA. VALUTARE E PREDIRE LE PRESTAZIONI IN FUNZIONE DELLE CONDIZIONI OPERATIVE. APPLICARE TECNICHE DI REGOLAZIONE DEI SISTEMI DI INTERFACCIA PER LA GESTIONE DEI SISTEMI DI ACCUMULO A BATTERIA. VALUTARE L’IMPATTO DI SISTEMI DI ACCUMULO SUI FLUSSI DI POTENZA E SUI PARAMETRI FUNZIONALI DELLA RETE ELETTRICA.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO. CONDURRE INDAGINI ATTRAVERSO L'USO DI MODELLI DATI DI SIMULAZIONE E SPERIMENTALI E TRARRE CONCLUSIONI. INDIVIDUARE ED ORGANIZZARE IN MODO AUTONOMO LE INFORMAZIONI FONDAMENTALI NECESSARIE PER LO STUDIO DEI SISTEMI DI STORAGE. TALI CAPACITÀ VERRANNO SVILUPPATE DURANTE LE ATTIVITÀ FORMATIVE ATTRAVERSO L’ASSEGNAZIONE DI
ESERCIZI DA REALIZZARE SIA IN AUTONOMIA CHE ATTRAVERSO LA COSTITUZIONE DI PICCOLI GRUPPI DI LAVORO. I RISULTATI DI TALI ATTIVITÀ CONTRIBUIRANNO ALLA VALUTAZIONE NELLE PROVE DI PROFITTO.

ABILITÀ COMUNICATIVE. PRESENTARE I RISULTATI DELLE PROPRIE ATTIVITÀ SIA IN FORMA SINTETICA (SCHEMI E DISEGNI TECNICI) CHE MEDIANTE LA REDAZIONE DI RELAZIONI TECNICHE. COMUNICARE CON PROPRIETÀ DI LINGUAGGIO E PADRONANZA DELLA TERMINOLOGIA TECNICA, UTILIZZANDO ANCHE I MODERNI STRUMENTI MULTIMEDIALI. TALI CAPACITÀ VERRANNO SVILUPPATE PREVEDENDO RELAZIONI IN FORMA SCRITTA O ORALE SU ALCUNE DELLE ATTIVITÀ FORMATIVE PREVISTE E NELLE PROVE DI PROFITTO.

CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO. ACQUISIRE GLI STRUMENTI PER L'AGGIORNAMENTO CONTINUO ED AUTONOMO DELLE PROPRIE CONOSCENZE, AD ESEMPIO ATTRAVERSO LA RICERCA DI MATERIALE BIBLIOGRAFICO, TESTI TECNICI NECESSARI PER AVERE UNA VISIONE CRITICA AUTONOMA.
Prerequisiti
PER IL PROFICUO RAGGIUNGIMENTO DEGLI OBIETTIVI PREFISSATI SONO UTILI CONOSCENZE DI BASE DI CHIMICA, FISICA E TEORIA DEI CIRCUITI.
Contenuti
UNITÀ DIDATTICA 1: SISTEMI DI ACCUMULO DI ENERGIA (ENERGY STORAGE SYSTEMS, ESS). (LEZIONI/ESERCITAZIONI 9/3)
11 INTRODUZIONE AL CORSO. SISTEMI DI ACCUMULO DI ENERGIA E APPLICAZIONI. INTEGRAZIONE DI ESS CON SISTEMI DI ALIMENTAZIONE ELETTRICA (2/0)
12 ESS IDROELETTRICI A POMPAGGIO, ESS AD ARIA COMPRESSA, SMES. CRITERI DI SELEZIONE E DIMENSIONAMENTO, CON ESERCITAZIONI (1/1)
13 SISTEMI DI ACCUMULO ELETTROCHIMICI DELL'ENERGIA (EESSS). CELLE A COMBUSTIBILE ED ELETTROLIZZATORI. SUPERCONDENSATORI (2/0)
14 BATTERIE A FLUSSO REDOX (2/0)
15 ACCUMULO DI ENERGIA A LUNGA DURATA (2/0)
16 ESERCITAZIONE: VISITA TECNICA ALLA FAAM (0/2)

UNITÀ DIDATTICA 2: FONDAMENTI, TECNOLOGIA E MODELLAZIONE DELLE BATTERIE. (LEZIONI/ESERCITAZIONI 13/3)
21 INTRODUZIONE AL MONDO DELLE BATTERIE. CENNI STORICI. CLASSIFICAZIONE. PRESTAZIONI DELLE BATTERIE (2/0)
22 INGEGNERIA DELLE BATTERIE. AFFIDABILITÀ E SICUREZZA DELLE BATTERIE (2/0)
23 PANORAMICA SULLE TECNOLOGIE DELLE BATTERIE. PRINCIPALI CHIMICHE. BATTERIE AGLI IONI DI LITIO (2/0)
24 TERMODINAMICA DI BATTERIE ED EESSS. TRASFERIMENTO DI CALORE. (2/0)
25 CINETICA DI REAZIONE, TRASPORTO DI MASSA, TRASPORTO DI CARICA. (2/0)
26 CARATTERIZZAZIONE ELETTRICA (2/0)
27 MODELLI DI CIRCUITO EQUIVALENTE PER UNA BATTERIA AGLI IONI DI LITIO. ESERCITAZIONE: SIMULAZIONI (1/1)
28 ESERCITAZIONE: SIMULAZIONE DI BATTERIE (0/2)

UNITÀ DIDATTICA 3: GESTIONE DELLE BATTERIE. (LEZIONI/ESERCITAZIONE 7/5)
31 AFFIDABILITÀ E SICUREZZA DELLE BATTERIE. SISTEMI DI GESTIONE DELLE BATTERIE. AREA OPERATIVA SICURA, PROTEZIONI. (2/0)
32 BILANCIAMENTO DELLE BATTERIE, SFIDE NEI BMS (2/0)
33 STATO DI CARICA, STATO DI SALUTE, STATO DI FUNZIONE (2/0)
34 STIMA DELLO STATO DELLE BATTERIE: CAPACITÀ, TENSIONE, STATI (1/1)
35 ESERCITAZIONE. STATO DI CARICA E STIMA DEI PARAMETRI 1/2
36 ESERCITAZIONE. STATO DI CARICA E STIMA DEI PARAMETRI 2/2

UNITÀ DIDATTICA 4: CARICA E TEST DELLE BATTERIE (LEZIONI/PRATICA 3/5)
41 CARICA DELLE BATTERIE E INTERFACCIAMENTO DELLE BATTERIE CON I SISTEMI ELETTRICI (2/0)
42 PRATICA: VISITA TECNICA AL LABORATORIO ESES. TEST DI UNA CELLA AL LITIO PRESSO IL LABORATORIO ESES (0/2)
43 SPETTROSCOPIA DI IMPEDENZA ELETTROCHIMICA (EIS) PER EESS, CON PRATICA. (1/1)
44 PRATICA: SPETTROSCOPIA DI IMPEDENZA ELETTROCHIMICA PRESSO IL LABORATORIO ESES (0/2)
Metodi Didattici
L’INSEGNAMENTO È COSTITUITO DA LEZIONI TEORICHE (75% CIRCA), ESERCITAZIONI IN AULA, DI LABORATORIO E VISITE TECNICHE (25% CIRCA).
NELLE LEZIONI TEORICHE, IL DOCENTE COINVOLGE GLI STUDENTI RENDENDOLI PARTE ATTIVA NELLO SVILUPPO DELLA TRATTAZIONE DEGLI ARGOMENTI TEORICI, VERIFICANDO, AL TEMPO STESSO, IL GRADO DI MATURAZIONE DEI CONCETTI ESPOSTI FINO A QUEL MOMENTO.
NELLE ESERCITAZIONI IN AULA VENGONO ASSEGNATI, SVOLTI E COMMENTATI ESEMPI DI APPLICAZIONE DEGLI ARGOMENTI TEORICI. IL DOCENTE INIZIALMENTE ILLUSTRA LA CORRETTA PROCEDURA DI ANALISI O DI PROGETTO E, SUCCESSIVAMENTE, GLI STUDENTI VENGONO COINVOLTI NELLA RISOLUZIONE DEL PROBLEMA.
NELLE ESERCITAZIONI DI LABORATORIO SI EFFETTUERANNO PROVE ED ESERCITAZIONI CON CELLE DI PICCOLA ENERGIA E/O CON L’AUSILIO DEL CALCOLATORE.
L’INSEGNAMENTO È EROGATO IN PRESENZA. LA LINGUA DI INSEGNAMENTO È L’INGLESE. LA FREQUENZA (MIN=70%) È OBBLIGATORIA.

Verifica dell'apprendimento
LA PROVA DI ESAME È FINALIZZATA A VALUTARE, NEL COMPLESSO, LA CONOSCENZA E LA CAPACITÀ DI COMPRENSIONE DEI CONCETTI PRESENTATI A LEZIONE, LA CAPACITÀ DI APPLICARE TALI CONOSCENZE ALL’ANALISI DI MACCHINE ELETTRICHE, L’AUTONOMIA DI GIUDIZIO, LE ABILITÀ COMUNICATIVE E LA CAPACITÀ DI APPRENDERE.
[ESAME DI PROFITTO]. L’ESAME DI PROFITTO CONSISTE IN UNA PROVA PRATICA (CHE PREVEDE LA PRODUZIONE DI UN ELABORATO) E UN COLLOQUIO. LA PROVA PRATICA CONSISTE NELLA RISOLUZIONE DI PROBLEMI NUMERICI MEDIANTE L’AUSILIO DEL CALCOLATORE E/O SIMULATORE E DI RISPOSTE A QUESITI. LA PROVA PRATICA POTRÀ ESSERE SOMMINISTRATA MEDIANTE TEST PREVALUTATO ATTRAVERSO LA PIATTAFORMA DI E-LEARNING MESSA A DISPOSIZIONE DALL’ATENEO.
[LA PROVA PRATICA]. GLI ARGOMENTI OGGETTO DEGLI ESERCIZI NELLA PROVA PRATICA INCLUDONO L’ANALISI DI UN PROBLEMA SULL'ACCUMULO DI ENERGIA, IL DIMENSIONAMENTO E LA SCELTA DI UNA BATTERIA IN FUNZIONE DELL’APPLICAZIONE. GLI ARGOMENTI OGGETTO DI EVENTUALI DOMANDE A RISPOSTA APERTA SONO TUTTI QUELLI CONTENUTI NEL PROGRAMMA DELL’INSEGNAMENTO.
ESEMPI DI PROVA PRATICA SARANNO PUBBLICATI DURANTE IL CORSO SUL SITO WEB DI RIFERIMENTO DELL’INSEGNAMENTO.
LA VALUTAZIONE DELLA PROVA PRATICA TIENE CONTO DEI RISULTATI NUMERICI E DELLA CORRETTEZZA DELL’IMPOSTAZIONE. LA SCALA UTILIZZATA È LA SEGUENTE: A-OTTIMO, B-BUONO, C-DISCRETO, D-PIÙ CHE SUFFICIENTE, E-SUFFICIENTE, F-INSUFFICIENTE. PER L’ACCESSO AL COLLOQUIO È RICHIESTA UNA VALUTAZIONE PARI O SUPERIORE AL LIVELLO E-SUFFICIENTE.
[LA PROVA ORALE]. IL COLLOQUIO VERTE SUI CONTENUTI DELLA PROVA PRATICA E DEL PROGRAMMA. LO STUDENTE SARÀ ANCHE CHIAMATO AD ARGOMENTARE LE SCELTE EFFETTUATE NELLA PROVA PRATICA. LA VALUTAZIONE DEL COLLOQUIO TERRÀ CONTO DELLE CONOSCENZE DIMOSTRATE DALLO STUDENTE E DEL GRADO DEL LORO APPROFONDIMENTO, DELLA CAPACITÀ DI APPRENDERE DIMOSTRATA, DELLA CAPACITÀ DI APPLICAZIONE DEI CONTENUTI E DELLE COMPETENZE, DELLA QUALITÀ DELL’ESPOSIZIONE E DALLA QUALITÀ DELL’ELABORATO DISCUSSO.
[VALUTAZIONE FINALE]. LA VALUTAZIONE FINALE, ESPRESSA IN TRENTESIMI CON EVENTUALE LODE, TERRÀ CONTO DI ENTRAMBE LE PROVE.
IL LIVELLO DI VALUTAZIONE MINIMO (18) È ATTRIBUITO QUANDO LO STUDENTE MANIFESTA QUALCHE INCERTEZZA NELL’APPLICAZIONE DEI METODI DI SOLUZIONE DEL PROBLEMA PROPOSTO E HA UNA LIMITATA MA SUFFICIENTE CONOSCENZA DEI PRINCIPALI ARGOMENTI STUDIATI.
IL LIVELLO MASSIMO (30) È ATTRIBUITO QUANDO LO STUDENTE DIMOSTRA UNA CONOSCENZA COMPLETA ED APPROFONDITA DEI METODI ED È IN GRADO DI RISOLVERE I PROBLEMI PROPOSTI PERVENENDO IN MODO EFFICIENTE E ACCURATO ALLA SOLUZIONE E MOSTRA UNA NOTEVOLE CAPACITÀ DI COLLEGARE GLI ARGOMENTI STUDIATI.
LA LODE VIENE ATTRIBUITA QUANDO IL CANDIDATO DIMOSTRA SIGNIFICATIVA PADRONANZA DEI CONTENUTI TEORICI E OPERATIVI E MOSTRA DI SAPER PRESENTARE GLI ARGOMENTI CON NOTEVOLE PROPRIETÀ DI LINGUAGGIO E CAPACITÀ DI ELABORAZIONE AUTONOMA ANCHE IN CONTESTI DIVERSI DA QUELLI PROPOSTI DAL DOCENTE.
Testi
- ENCYCLOPEDIA OF ENERGY STORAGE, EDITED BY LUISA F. CABEZA, ELSEVIER, 2022.
- MICHAEL ROOT, THE TAB BATTERY BOOK, MC GRAW HILL, NEW YORK, 2011.
- GREGORY L. PLETT, BATTERY MANAGEMENT SYSTEM, VOLUME I - BATTERY MODELING, ARTECH HOUSE, BOSTON, 2015.
- LECTURE NOTES SHARED THROUGH ELEARNING.UNISA.IT
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