Modelling of through-the-road parallel hybridized vehicle through retrofit kit and ECMS-based energy management system design and simulation

The increasingly strict Europe regulamentations for greenhouse gases emission abatement, among which CO2 is the main and 2035 climate goals, have a unavoidable impact on transport sector, pushing the research towards alternative propulsion options. Circulating fleet reconversion is gaining interest as short-term solution, extending life expectancy of old vehicles and limiting owner expense. In this thesis work, HySolarKit, retrofit system to turn vehicle into solar-hybrid, is analysed. The kit is constituted by two motorized wheels to be installed on the undriven axle, flexible solar panels for vehicle rooftop and bonnet, a Li-ion battery pack and a vehicle management unit. First chapter analyses Italian scenario concerning hybrid/electric vehicles spread, environmental goals and evaluating cost-effectiveness of a reconversion kit. In second chapter hybrid architectures and power management techniques state of art is shown. Third chapter is focused on detailing Through-The-Road parallel hybrid architecture, developing a Simulink model of the system and an energy management strategy is proposed. In fourth chapter, following carried out simulations, benefits resulting from hybridization kit adoption are quantified in terms of fuel economy and system performances are shown. It’s furthermore presented the hardware to be used for prototype testing. Fifth chapter eventually contains work performed conclusions and shows outlooks and future work.

Gli obiettivi climatici del 2035 e le sempre più stringenti normative Europee finalizzate a ridurre le emissioni di gas serra, di cui la CO2 rappresenta il principale, hanno inevitabili ripercussioni sul mondo dei trasporti, spingendo la ricerca verso soluzioni di propulsione alternative. La riconversione della flotta circolante sta attirando l’attenzione come soluzione a breve termine, consentendo l’estensione dell’aspettativa di vita di veicoli inquinanti datati e limitando la spesa richiesta al proprietario. Nella presente tesi è analizzato HySolarKit, il sistema di riconversione per trasformare il veicolo in ibrido-solare. Il kit consta di due ruote motorizzate da installare sull’asse non propulso, pannelli solari flessibili per il tettuccio ed il cofano motore, un pacco batteria agli ioni di litio e un’unità di gestione del veicolo. Il primo capitolo analizza il panorama Italiano relativamente alla diffusione dei veicoli ibridi/elettrici, agli obiettivi climatici e alla valutazione della convenienza economica di un kit di riconversione. Nel secondo capitolo è mostrato lo stato dell’arte in termini di architetture ibride e tecniche di Power Management. Il terzo capitolo vede dettagliata l’architettura ibrida ’Through-The-Road’, lo sviluppo di un modello Simulink del sistema ed è proposta una strategia di power management. Nel quarto capitolo, a valle delle simulazioni effettuate, sono valutati i benefici derivanti dall’impiego del kit in termini di riduzione dei consumi e mostrate le performance del sistema. È inoltre presentato l’hardware preposto ai test sul prototipo. Il quinto capitolo racchiude, infine, le conclusioni del lavoro svolto e mostra le prospettive e gli sviluppi futuri.