CONTROLLO OTTIMO PER LA GESTIONE EFFICIENTE DI UNA STAZIONE URBANA DI SCAMBIO BATTERIE PER VEICOLI ELETTRICI

The growing interest in electric vehicles has highlighted the need for innovative solutions to address the critical issues related to charging, such as long waiting times and limited accessibility of infrastructure. In this context, battery swap stations (BSS) represent a promising answer, allowing users to quickly exchange discharged batteries for charged ones. One of the main challenges related to this technology concerns the implementation of management processes that ensure efficient and effective operations within the station. To this end, the thesis work proposes an optimization model aimed at identifying the optimal management strategy for a BSS. The model focuses on the operational management of the station, taking into account its capacity, the different charging modes available and the dynamics between battery supply and demand. The objective is to maximize the profit from the supply of charged batteries, while minimizing the operational costs associated with the charging processes. The model incorporates operational constraints and describes the evolution of the battery state over time, regulating the transitions between different charge levels and optimizing the overall energy balance. The numerical results obtained demonstrate the effectiveness of the model in urban scenarios, highlighting a better use of resources, a greater operational efficiency of the stations and a reduction in charging costs. This helps to overcome some of the main barriers to the adoption of this emerging technology.

Il crescente interesse per i veicoli elettrici ha evidenziato la necessità di soluzioni innovative per affrontare le criticità legate alla ricarica, come i lunghi tempi di attesa e la la limitata accessibilità delle infrastrutture. In questo contesto, le stazioni di battery swap (BSS) rappresentano una risposta promettente, consentendo agli utenti di scambiare rapidamente batterie scariche con batterie cariche. Una delle principali sfide legate a questa tecnologia riguarda l’implementazione di processi gestionali che garantiscano operazioni efficienti ed efficaci all’interno della stazione. A tal fine, il lavoro di tesi propone un modello di ottimizzazione volto a individuare la strategia gestionale ottimale per una BSS. Il modello si concentra sulla gestione operativa della stazione, tenendo conto della sua capacità, delle diverse modalità di ricarica disponibili e della dinamica tra domanda e offerta di batterie. L’obiettivo è massimizzare il profitto derivante dalla fornitura di batterie cariche, minimizzando al contempo i costi operativi associati ai processi di ricarica. Il modello incorpora vincoli operativi e descrive l’evoluzione dello stato delle batterie nel tempo, regolando i passaggi tra diversi livelli di carica e ottimizzando il bilancio energetico complessivo. I risultati numerici ottenuti dimostrano l’efficacia del modello in scenari urbani, evidenziando un miglior utilizzo delle risorse, una maggiore efficienza operativa delle stazioni e una riduzione dei costi di ricarica. Ciò contribuisce a superare alcune delle principali barriere all’adozione di questa tecnologia emergente.