Nazwa modułu: Akumulatory Li-ion i zarządzanie energią w zastosowaniach automoto Rok akademicki: 2016/2017 Kod: EEL-2-106-IE-s Punkty ECTS: 3 Wydział: Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej Kierunek: Elektrotechnik a Specjalność: Inżynieria elektryczna w pojazdach samochodowych Poziom studiów: Studia II stopnia Forma i tryb studiów: Stacjonarne Język wykładowy: Polski Profil kształcenia: Ogólnoakademicki (A) Semestr: 1 Strona www: Osoba odpowiedzialna: prof. zw. dr hab. inż. Molenda Janina (molenda@agh.edu.pl) Osoby prowadzące: prof. zw. dr hab. inż. Molenda Janina (molenda@agh.edu.pl) prof. dr hab. inż. Leszczyński Jacek (jale@agh.edu.pl) Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Powiązania z EKK Sposób weryfikacji efektów kształcenia (forma zaliczeń) Wiedza M_W001 Student posiada wiedzę na temat procesu interkalacji jonów alkalicznych do związków metali przejściowych EL2A_W02, EL2A_W04 ćwiczeń, Udział w dyskusji, Sprawozdanie, Kolokwium, Aktywność na M_W002 Student ma wiedzę na temat wymagań stawianych materiałom do konstrukcji ogniw litowych EL2A_W03 Zaangażowanie w pracę zespołu, ćwiczeń, Sprawozdanie, M_W003 Student posiada wiedzę na temat układów ładowania i stacji ładowania pojazdów elektrycznych EL2A_W10, EL2A_W14 laboratoryjnych, Udział w dyskusji, Sprawozdanie, Umiejętności 1 / 5
M_U001 materiały do konstrukcji ogniwa litowego oraz układ elektroenergetyczny do zasilania samochodu elektrycznego EL2A_U01, EL2A_U02, EL2A_U03, EL2A_U04, EL2A_U05, EL2A_U13 ćwiczeń, Udział w dyskusji, Sprawozdanie, Kolokwium, Aktywność na M_U002 i wykonać mikroprocesorowy układ ładowania ogniwa EL2A_W13 ćwiczeń, Sprawozdanie, Kompetencje społeczne M_K001 Student rozumie konieczność aktualizowania swojej wiedzy z dziedziny materiałów dla ogniw litowych EL2A_K01, EL2A_K02 Udział w dyskusji, Aktywność na M_K002 Student potrafi pracować w zespole EL2A_K01 Udział w dyskusji, Aktywność na Matryca efektów kształcenia w odniesieniu do form zajęć Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Forma zajęć Wykład audytoryjne laboratoryjne projektowe Konwersatori um seminaryjne praktyczne terenowe warsztatowe Inne E-learning Wiedza M_W001 M_W002 M_W003 Umiejętności M_U001 M_U002 Student posiada wiedzę na temat procesu interkalacji jonów alkalicznych do związków metali przejściowych Student ma wiedzę na temat wymagań stawianych materiałom do konstrukcji ogniw litowych Student posiada wiedzę na temat układów ładowania i stacji ładowania pojazdów elektrycznych materiały do konstrukcji ogniwa litowego oraz układ elektroenergetyczny do zasilania samochodu elektrycznego i wykonać mikroprocesorowy układ ładowania ogniwa Kompetencje społeczne 2 / 5
M_K001 M_K002 Student rozumie konieczność aktualizowania swojej wiedzy z dziedziny materiałów dla ogniw litowych Student potrafi pracować w zespole Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć) Wykład I. Elementy inżynierii materiałowej w zakresie projektowania akumulatorów litowych: 1. Wiązania chemiczne a struktura krystaliczna i właściwości transportowe ciał stałych 2. Defekty struktury i niestechiometria, wpływ na właściwości transportowe ciał stałych 3. Dyfuzja w stanie stałym II. Akumulatory Li-ion, materiały i procesy: 1. Interkalacja elektrochemiczna litu do związków metali przejściowych. Interkalacja chemiczna. 2. Typy struktur zdolnych do interkalacji: dwuwymiarowe i trójwymiarowe tlenki i siarczki metali przejściowych 3. Termodynamika procesu interkalacji. Mechanizm procesów jonowo-elektronowych. 4. Model termodynamiczny i model elektronowy procesu interkalacji. 5. Ogniwa litowe bez litu metalicznego Li-ion batteries. Rozwój technologii ogniw litowych dla samochodów elektrycznych. 6. Parametry użytkowe ogniw. Kryterium doboru materiału katodowego i anodowego. 7. Elektrolity litowe: ciekłe, szkliste, polimerowe. Kryteria dla elektrolitów. Okno elektrochemiczne. 8. Elektronowe kryterium efektywności procesu interkalacji. 9. Projektowanie SEM, krzywej rozładowania oraz gęstości prądu ogniw litowych w oparciu o strukturę elektronową materiału katodowego i jego właściwości transportowych 10. Modyfikacja właściwości transportowych i struktury elektronowej materiału katodowego pod wpływem wprowadzanego litu 11. Nowy materiał katodowy dla ogniw Li-ion na bazie związków żelaza LiFePO4. Przejście do nanoskali i kompozytów dla zwiększenia efektywności reakcji interkalacji. 12. Projektowanie materiałów katodowych na bazie warstwowych tlenków metali przejściowych w kierunku zwiększenia ich stabilności chemicznej w stosunku do organicznego elektrolitu III. Zarządzanie energią w systemach automoto: 1. Systemy zarządzania energią elektryczną w pojazdach z napędami hybrydowymi. Konstrukcje systemów, podstawowe wielkości obserwowane w systemie, procesy monitorowania i podejmowania decyzji. 2. Algorytmy i struktury danych w układach zarządzania energią elektryczną. 3. Konstrukcje zasilaczy i przetwornic: AC/DC, DC/AC, DC/DC. Układy liniowe, obwody prądowe, formuły analityczne. 4. Układy ładowania, stacje ładowania pojazdów elektrycznych omówienie podstawowych konstrukcji. Nowoczesne układy ładowania bezprzewodowego pojazdów. 5. Standaryzacja układów zarządzania energią elektryczną w pojazdach. Komitety IEC/CENELEC i normy ISO. Przykłady zarządzania energią elektryczną w wybranych 3 / 5
pojazdach hybrydowych i elektrycznych. laboratoryjne 1.Określanie właściwości elektrochemicznych akumulatorów Li-ion (badanie charakterystyk prądowo-napięciowych akumulatorów Li-ion, wyznaczanie relacji pomiędzy składem chemicznym materiału katodowego a właściwościami użytkowymi akumulatorów Li-ion. Określanie współczynnika dyfuzji chemicznej litu w materiałach katodowych metodą GITT (Galvanostatic Intermittent Titration Technique). 2.Wpływ modyfikacji struktury krystalicznej i elektronowej materiałów katodowych ( np. LixCoO2) w toku interkalacji/deinterkalacji litu na właściwości użytkowe akumulatorów Li-ion. 3.Podstawy programowania mikrokontrolerów na przykładzie Arduino. 4.Pomiary napięć i prądów układu elektrycznego przy pomocy mikrokontrolera. 5.Pomiary temperatury układu elektrycznego przy pomocy mikrokontrolera. 6.Charakterystyki przetwornic: AC/DC, DC/DC, DC/AC. Ładowarki impulsowe, liniowe, mikroprocesorowe, samochodowe. 7.Projekt układu ładowania ogniwa. 8.Wykonanie i analiza pracy układu ładowania ogniwa. Sposób obliczania oceny końcowej Ocena końcowa będzie obliczona jako średnia ważona ocen z kolokwium zaliczeniowego oraz oceny z laboratorium. Wagi: kolokwium zaliczeniowe 0,6, laboratorium 0,4. Uzyskanie zaliczenia w terminach poprawkowych skutkować będzie obniżeniem oceny o 10%. Wymagania wstępne i dodatkowe Znajomość podstaw fizyki i chemii. Wymagana wiedza i umiejętności z zakresu algebry, analizy matematycznej, elektrotechniki, elektroniki, podstaw programowania. Na ćwiczenia laboratoryjne wymagany jest własny komputer przenośny jeden na dwie osoby, wraz z zainstalowanym oprogramowaniem Arduino, licencja Public Domain. Zalecana literatura i pomoce naukowe 1. P.G.Bruce, Solid State Chemistry, Cambridge University Press,1996 2. S. Mrowec, Teoria dyfuzji w stanie stałym, WNT, Warszawa 1995. 3. W. Jakubowski, Przewodniki superjonowe, WNT, Warszawa 1988. 4. Adamski A.: Inteligentne systemy transportowe. Uczelniane Wydawnictwa Naukowo Techniczne AGH, Kraków 2003 5. Arduino, Getting Started, Tutorials, Software, 2015, www.arduino.cc 6. BMS, Users Manual v. 3.0, Tritium Pty Ltd., Brisbane, Australia 2015 7. Horowitz P, Hill W., Sztuka Elektroniki cz.1, cz. 2,WKŁ, Warszawa 1992 8. Karvinen K., Karvinen T., Czujniki dla początkujących, Wydawnictwo Helion, Gliwice 2015 9. Kastelik K., Analiza układów zarządzania siecią baterii i superkondensatorów, praca dyplomowa inżynierska, AGH, Wydział Energetyki i Paliw, Kraków 2016 10. Michałowski K. Ocioszyński J.: Pojazdy samochodowe o napędzie elektrycznym i hybrydowym. WKŁ, Warszawa 1989 11. Monk S., Arduino dla początkujących. Podstawy i szkice, Wydawnictwo Helion, Gliwice 2015 12. Monk S. Arduino dla początkujących. Kolejne kroki, Wydawnictwo Helion, Gliwice 2015 13. Przeździecki F., Elektrotechnika i Elektronika, PWN, Warszawa 1986 14. Texas Instruments, Battery Management Guide, 2015, www.ti.com Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu 1. J. Molenda, D. Baster, A. Milewska, K. Świerczek, D. K. Bora, A. Braun, J. Tobola, Electronic origin of difference in discharge curve between LixCoO2 and NaxCoO2 cathodes Solid State Ionics 271, 15-27 2. J. Molenda, D. Baster, M. Molenda, K. Świerczek, J. Tobola, Anomaly in the electronic structure of the NaxCoO2-y cathode as a source of its steplike discharge curve Physical Chemistry Chemical Physics 4 / 5
16, 14845-14857 3. J. Molenda Material problems and prospects of Li-ion batteries for vehicles applications Functional Materials Letters 4, 107-112 4. J. Molenda, A. Kulka, A. Milewska, W. Zając, K. Świerczek Structural, transport and electrochemical properties of LiFePO4 substituted in lithium and iron sublattices (Al, Zr, W, Mn, Co and Ni), Materials 6 1656-1687 5. B. Tomasik, A. Plewa, J. Leszyński Electronic system for pulse energy storage Biuletyn Polskiego Stowowarzyszenia Wodoru i Ogniw Paliwowych 9 1896-7205 6. M. Soinski, J. Leszczyński, C. Świeboda, M. Kwiecien The applicability of nanocrystalline stacked cores for power electronics International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics 38 306 307 7. M. Soiński, J. Leszczyński, C. Świeboda, M. Kwiecień Nanocrystalline block cores for high-frequency chokes IEEE Transactions on Magnetics 50 2801904-1 2801904-4 Informacje dodatkowe Brak Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS) Forma aktywności studenta Udział w wykładach Udział w ćwiczeniach laboratoryjnych Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe Samodzielne studiowanie tematyki zajęć Przygotowanie do zajęć Sumaryczne obciążenie pracą studenta Punkty ECTS za moduł Obciążenie studenta 28 godz 28 godz 2 godz 20 godz 12 godz 90 godz 3 ECTS 5 / 5