Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Akumulatory Li-ion i zarządzanie energią w zastosowaniach automoto
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
EELT-2-106-IE-s
Wydział:
Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej
Poziom studiów:
Studia II stopnia
Specjalność:
Inżynieria elektryczna w pojazdach samochodowych
Kierunek:
Elektrotechnika
Semestr:
1
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Prowadzący moduł:
prof. zw. dr hab. inż. Molenda Janina (molenda@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

Przedmiot dotyczy nowych systemów magazynowania i konwersji energii w zastosowaniach automoto. Przedmiot zapewnia udział studentów w badaniach naukowych w zakresie nowych technologii ogniw Li-ion.

Opis efektów uczenia się dla modułu zajęć
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Powiązania z KEU Sposób weryfikacji i oceny efektów uczenia się osiągniętych przez studenta w ramach poszczególnych form zajęć i dla całego modułu zajęć
Wiedza: zna i rozumie
M_W001 Student posiada wiedzę na temat procesu interkalacji jonów alkalicznych do związków metali przejściowych ELT2A_W02, ELT2A_W01 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Udział w dyskusji,
Sprawozdanie,
Kolokwium,
Aktywność na zajęciach
M_W002 Student ma wiedzę na temat wymagań stawianych materiałom do konstrukcji ogniw litowych ELT2A_W01 Zaangażowanie w pracę zespołu,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Wykonanie ćwiczeń,
Sprawozdanie,
Kolokwium,
Aktywność na zajęciach
M_W003 Student posiada wiedzę na temat układów ładowania i stacji ładowania pojazdów elektrycznych ELT2A_W03, ELT2A_W02 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Udział w dyskusji,
Sprawozdanie,
Kolokwium,
Aktywność na zajęciach
Umiejętności: potrafi
M_U001 Student potrafi zaprojektować materiały do konstrukcji ogniwa litowego oraz układ elektroenergetyczny do zasilania samochodu elektrycznego ELT2A_U03, ELT2A_U04, ELT2A_U02, ELT2A_U10, ELT2A_U01 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Wykonanie ćwiczeń,
Udział w dyskusji,
Sprawozdanie,
Kolokwium,
Aktywność na zajęciach
M_U002 Student potrafi zaprojektować i wykonać mikroprocesorowy układ ładowania ogniwa ELT2A_W08 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Wykonanie ćwiczeń,
Sprawozdanie,
Kolokwium,
Aktywność na zajęciach
Kompetencje społeczne: jest gotów do
M_K001 Student rozumie konieczność aktualizowania swojej wiedzy z dziedziny materiałów dla ogniw litowych ELT2A_K02, ELT2A_K01 Udział w dyskusji,
Aktywność na zajęciach
M_K002 Student potrafi pracować w zespole ELT2A_K01 Udział w dyskusji,
Aktywność na zajęciach
Liczba godzin zajęć w ramach poszczególnych form zajęć:
SUMA (godz.)
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
56 28 0 28 0 0 0 0 0 0 0 0
Matryca kierunkowych efektów uczenia się w odniesieniu do form zajęć i sposobu zaliczenia, które pozwalają na ich uzyskanie
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Forma zajęć dydaktycznych
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Wiedza
M_W001 Student posiada wiedzę na temat procesu interkalacji jonów alkalicznych do związków metali przejściowych + - + - - - - - - - -
M_W002 Student ma wiedzę na temat wymagań stawianych materiałom do konstrukcji ogniw litowych + - + - - - - - - - -
M_W003 Student posiada wiedzę na temat układów ładowania i stacji ładowania pojazdów elektrycznych - - - - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Student potrafi zaprojektować materiały do konstrukcji ogniwa litowego oraz układ elektroenergetyczny do zasilania samochodu elektrycznego + - + - - - - - - - -
M_U002 Student potrafi zaprojektować i wykonać mikroprocesorowy układ ładowania ogniwa - - - - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Student rozumie konieczność aktualizowania swojej wiedzy z dziedziny materiałów dla ogniw litowych + - + - - - - - - - -
M_K002 Student potrafi pracować w zespole - - - - - - - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 80 godz
Punkty ECTS za moduł 3 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 56 godz
Przygotowanie do zajęć 12 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 10 godz
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe 2 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (28h):

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 pojazdach hybrydowych i elektrycznych.

Ćwiczenia laboratoryjne (28h):

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.

Pozostałe informacje
Metody i techniki kształcenia:
  • Wykład: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Ćwiczenia laboratoryjne: W trakcie zajęć laboratoryjnych studenci samodzielnie rozwiązują zadany problem praktyczny, dobierając odpowiednie narzędzia. Prowadzący stymuluje grupę do refleksji nad problemem, tak by otrzymane wyniki miały wysoką wartość merytoryczną.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

Ocena zaliczenia ćwiczeń laboratoryjnych (L) wyznaczana będzie jako średnia arytmetyczna z ocen kolokwium pisemnego, sprawozdania z zajęć oraz projektu ładowarki. W przypadku braku zaliczenia kolokwium możliwe będzie dwukrotne przystąpienie do kolokwium poprawkowego.

Zasady udziału w zajęciach:
  • Wykład:
    – Obecność obowiązkowa: Nie
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci uczestniczą w zajęciach poznając kolejne treści nauczania zgodnie z syllabusem przedmiotu. Studenci winni na bieżąco zadawać pytania i wyjaśniać wątpliwości. Rejestracja audiowizualna wykładu wymaga zgody prowadzącego.
  • Ćwiczenia laboratoryjne:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci wykonują ćwiczenia laboratoryjne zgodnie z materiałami udostępnionymi przez prowadzącego. Student jest zobowiązany do przygotowania się w przedmiocie wykonywanego ćwiczenia, co może zostać zweryfikowane kolokwium w formie ustnej lub pisemnej. Zaliczenie zajęć odbywa się na podstawie zaprezentowania rozwiązania postawionego problemu. Zaliczenie modułu jest możliwe po zaliczeniu wszystkich zajęć laboratoryjnych.
Sposób obliczania oceny końcowej:

Ocena końcowa będzie równa ocenie uzyskanej z ćwiczeń laboratoryjnych. Uzyskanie zaliczenia w terminach poprawkowych skutkować będzie obniżeniem oceny o 10%.

Sposób i tryb wyrównywania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:

Na ćwiczeniach laboratoryjnych nie jest dopuszczalna nieobecność nieusprawiedliwiona. W przypadku nieobecności usprawiedliwionej na kolokwium student będzie miał możliwość zaliczenia kolokwium w dodatkowym uzgodnionym terminie.

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

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 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. Leszczyński “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.