Giovanni SPAGNUOLO | Progetti

CARATTERIZZAZIONE, MODELLISTICA E DIAGNOSTICA DI SISTEMI DI ACCUMULO DI ENERGIA E FONTI RINNOVABILI

Il principale obiettivo di progetto è lo sviluppo di metodi e algoritmi di identificazione dei parametri e di diagnostica, con particolare attenzione ad aspetti di efficacia implementativa degli algoritmi in sistemi embedded e di esecuzione degli stessi durante il normale funzionamento del sistema. I componenti del sistema considerati saranno i seguenti: pannelli fotovoltaici, celle a combustibile e batterie agli ioni di litio, sia nel loro comportamento in linea che fuori linea, quando sono disconnessi o non in funzione. Sarà necessario individuare o sviluppare modelli di complessità computazionale ridotta, come i modelli circuitali concentrati, e tecniche adatte per l'estrazione dei parametri di modello a partire dai dati nel dominio del tempo, eventualmente integrati con informazioni provenienti da una analisi del sistema nel dominio della frequenza. La stima dei parametri circuitali, attraverso opportune relazioni da individuare, permetterà la definizione dello stato di salute (SoH) del dispositivo, dello stato di carica SoC (per i sistemi di accumulo) ed eventualmente di altre figure di merito. Per i sistemi che esibiscono comportamenti critici ai fini della stima dei parametri si prevede la necessità di un’accurata caratterizzazione di laboratorio. In particolare per le batterie al litio-ferro-fosfato, si prevede la necessità di un’investigazione sperimentale dei fenomeni di dipendenza delle curve di tensione a vuoto (OCV) dal tempo di rilassamento e dalle correnti di carica/scarica. Sarà anche necessario sviluppare o perfezionare modelli di rappresentazione della OCV e risolvere le problematiche di natura teorica poste dalla modellistica. Inoltre, verranno messe a punto tecniche di identificazione parametrica nel dominio del tempo e di stima combinata dello stato di carica e dei parametri. Per quanto riguarda i sistemi fotovoltaici, verranno messe a punto tecniche di identificazione parametrica nel dominio del tempo i cui risultati saranno confrontati con tecniche sviluppate dallo stesso gruppo di ricerca, basate invece sull’analisi in frequenza. L’onere computazionale, l’accuratezza del risultato e la sua affidabilità saranno oggetto di un confronto dettagliato. Le tecniche orientate alla diagnostica dei sistemi fotovoltaici opereranno sia su sistemi che utilizzano, come di consueto, un convertitore switching per il power processing dell’energia fotovoltaica, sia allorquando venissero impiegati dispositivi per la riconfigurazione dinamica del campo fotovoltaico. Sempre per i sistemi fotovoltaici, verranno anche definite opportune figure di merito che identifichino lo stato di salute di moduli commerciali.Per quanto riguarda le celle a combustibile, in particolare di tipo PEM, verranno studiate tecniche miste tempo/frequenza per la diagnostica online. In particolare, saranno approfondite le modalità di analisi dei sistema in presenza di dispositivi ancillari che determinano un basso rapporto segnale/rumore.Gli algoritmi oggetto di sviluppo saranno principalmente basati su modelli, ovveri: i filtri bayesiani (come i filtri di Kalman) e gli algoritmi ai minimi quadrati e osservatori sliding mode. Si valuterà l’opportunità degli approcci con reti neurali o algoritmi genetici. Un aspetto fondamentale degli algoritmi sarà l’implementazione con limitate risorse computazionali, tale da consentire la sua realizzazione fisica in un sistema embedded poco costoso, come in un semplice EMS. Parte centrale nel progetto sarà la traduzione dei modelli e degli algoritmi di stima MATLAB/Simulink/C++ in uno stimatore hardware/software su un sistema embedded adatto ad un'applicazione in un BMS. Si prevede di utilizzare sia microcontrollori digitali-DPS o dispositivi basati su FPGA. Ciò consentirà anche di valutare quale delle due sia più adatta allo scopo, progettando opportunamente il partizionamento hardware/software degli algoritmi.