Progettazione, analisi e realizzazione di un sistema di gestione dell'energia di un veicolo a fuel cell

La Shell Eco Marathon è una competizione organizzata dalla multinazionale Shell, compagnia che opera nel settore energetico a livello globale da più di un secolo. Si tratta di una gara in cui centinaia di team si sfidano per progettare e realizzare il veicolo che presenti i minori consumi possibili. Il lavoro di tesi presentato propone un sistema di gestione dell'energia ottimizzato per un prototipo alimentato da cella combustibile a idrogeno, realizzato dal team del Politecnico di Milano per la Shell Eco Marathon. Viene proposta un’architettura di tipo ibrido serie in cui la fuel cell viene fatta operare in un punto di lavoro ottimo fornendo una potenza media costante che può essere direttamente utilizzata dal motore oppure accumulata in un banco di supercondensatori. Il flusso di potenza viene gestito da un convertitore switching buck con controllo isteretico, in cui è implementato un limitatore di corrente che consente anche di limitare la potenza trasferita. Il convertitore permette la carica dei supercondensatori a corrente costante durante il transitorio iniziale per poi passare a tensione costante. Il controllo isteretico progettato è dotato di un circuito di emulazione del ripple e constant on time adattativo (ACOT). L'alimentazione necessaria al circuito di controllo è stata fornita da un convertitore buck secondario, con anello di controllo in tensione simile a quello del convertitore principale. Una particolarità di questo circuito è costituita dal fatto che viene alimentato direttamente dalla sua stessa uscita a 5V grazie alla presenza di un apposito circuito di start-up, consentendo una ulteriore riduzione della potenza dissipata. Questo sistema è stato quindi studiato a livello teorico, progettato, simulato e infine realizzato e testato. Vengono presentati inoltre i principali risultati delle misure sperimentali, con particolare attenzione alle performances ottenute dai convertitori switching.