Knowledge-based approaches to support the design and development of the electrochemical storage systems

The need to shorten the "time-to-market" is the prerogative of all companies that operate in different industry sectors, in order to carve out a profitable position in the market against competitors. The design process has focused primarily on reducing costs, reducing production times, without decreasing the quality of the product. Nowadays also the environmental aspects play a key role and is an important factor for the success of the products on the market , in fact, a growing environmental awareness is developing among consumers . From these considerations it comes to light the need to study and develop a knowledge-based approach able to assist designers during the lifetime of the product , analyzing the aspects related to performance, cost and environmental aspects. Therefore one of the most important problems is to be able to decrease the cost and time of passage between idea and market launch; therefore have available technologies, able to predict the actual behavior of the various systems, determines a considerable advantage in terms of economic and organizational links. Successful companies are those that can improve human resources and having created special conditions able to evolve and develop the knowledge and know-how. These considerations are becoming more necessary when we consider the evolution of the western economy, in which we find ourselves faced with having to produce high quantities of customized products. The challenge for Italian engineering companies is to sell quality products while continuing to develop innovative solutions quickly, and keeping costs low . To meet this challenge, companies need to invest more and more in the design process to ensure the future of the company with dedicated strategies for innovation and technology. The objectives of this work can be summarized as the definition of a new design approach , based on knowledge which can provide new tools for the analysis and assessment of the performance of products in different application scenarios. The work focuses on the analysis of next generation storage systems consisting of lithium-ion batteries used both in automotive and stationary applications . You can still apply the methodology described also working with other application cases . With regard tothe design of battery packs , the work represents a first step in the definition and design of the lithium-ion storage systems battery . In particular , within this thesis the state of the main storage systems has been analyzed , our attention is on lithium-ion technology and their main usage problems . A deep analysis was performed for the determination of the heat generated by the individual lithium batteries during their operation . The research results have been applied to small-scale production customization, both of electric vehicles, and energy storage systems for homes.

L’esigenza di abbreviare il cosiddetto “time-to-market” è prerogativa di tutte le imprese che operano nei vari settori industriali, al fine di ritagliarsi una vantaggiosa posizione nel mercato, nei confronti dei concorrenti. Il processo di progettazione si è concentrato principalmente sulla riduzione dei costi, diminuendo i tempi di produzione, senza diminuire la qualità del prodotto. Al giorno d'oggi anche gli aspetti ambientali ricoprono un ruolo fondamentale e rappresentano un fattore importante per il successo sul mercato dei prodotti, infatti, tra i consumatori si sta sviluppando una sensibilità ambientale sempre crescente. Da queste considerazioni viene alla luce l’esigenza di studiare e sviluppare un approccio basato sulla conoscenza in grado di assistere i progettisti durante tutta la vita del prodotto, analizzando gli aspetti legati alle prestazioni, ai costi ed agli aspetti ambientali. Di conseguenza una delle problematiche più importanti è quella di riuscire a diminuire i costi e i tempi di passaggio tra idea e lancio sul mercato; avere perciò a disposizione delle tecnologie, in grado di prevedere i comportamenti reali dei vari sistemi, determina un notevole vantaggio in termini economici ed organizzativi. Le aziende di successo sono quelle in grado di migliorare le risorse umane e che hanno creato condizioni particolari in grado di far evolvere e sviluppare le conoscenze e know-how. Queste considerazioni sono sempre più necessarie quando si considera l'evoluzione dell'economia occidentale, in cui, ci troviamo di fronte a dover produrre prodotti personalizzati di elevata quantità. La sfida per le imprese di ingegneria italiana è quello di vendere prodotti di qualità continuando a sviluppare soluzioni innovative in modo rapido, e mantenendo bassi i costi. Per poter rispondere a questa sfida le aziende devono investire sempre di più nel processo di progettazione al fine di garantire il futuro della stessa società con strategie dedicate per l'innovazione e la tecnologia.Gli obiettivi di questo lavoro possono essere sintetizzati come la definizione di un nuovo approccio di progettazione, basato sulla conoscenza in grado di fornire nuovi strumenti per l’analisi e le valutazioni delle prestazioni dei prodotti in differenti scenari applicativi. Il lavoro svolto si sofferma sull’analisi dei sistemi di accumulo di ultima generazione costituiti da batterie agli ioni litio utilizzate sia nell’ambito dell’autotrazione che in applicazioni stazionarie. È comunque possibile applicare la metodologia di lavoro descritta anche ad altri casi applicativi. Per quanto riguarda la progettazione di pacchi batteria, il lavoro svolto rappresenta un primo passo per la definizione e progettazione dei sistemi di accumulo agli ioni di litio. In particolare, all’interno di questa tesi di ricerca è stato analizzato lo stato dell’arte dei principali sistemi di accumulo, soffermando l’attenzione sulla tecnologia al litio e dei loro principali problemi di utilizzo. Una profonda analisi è stata effettuata per la determinazione del calore generato dalle singole batterie al litio durante il loro funzionamento. I risultati della ricerca sono stati applicati a piccole produzioni personalizzate, sia di veicoli elettrici, sia di sistemi di accumulo per abitazioni.