Advanced cells FEM modelling for a vehicle battery pack

I veicoli elettrici stanno diventando ogni giorno più popolari, negli ultimi anni c'è stato un incredibile aumento delle vendite dovuto principalmente ai grandi miglioramenti tecnologici e alla riduzione dei costi delle celle della batteria. Come accade per tutti i veicoli anche quelli elettrici richiedono il superamento di alcuni test di omologazione, in particolare uno degli obiettivi più difficili da raggiungere è quello relativo alla resistenza agli urti. Nei crash test dei veicoli elettrici sono particolarmente cruciali poiché la batteria non può essere sollecitata troppo altrimenti prenderà fuoco con evidenti situazioni di pericolo per i passeggeri del veicolo. Le simulazioni sono utilizzate da diversi anni dagli ingegneri al fine di ridurre i costi di progettazione e il time to market, infatti grazie all'analisi FEM gli ingegneri sono in grado di vedere se i loro obiettivi di progettazione sono raggiunti con un buon livello di confidenza senza eseguire test fisici. Per quanto riguarda la simulazione della struttura del veicolo si raggiunge una sorta di stadio di maturità mentre per quanto riguarda le celle delle batterie la situazione è completamente diversa, sono presenti molte incertezze sul comportamento delle celle dopo sollecitazioni meccaniche e spesso gli ingegneri progettano solo l'intero veicolo o il batteria per non stressare affatto la batteria. Il problema della modellazione della batteria è davvero impegnativo poiché fenomeni interessanti legati alla batteria delle celle riguardano componenti interni della cella che sono davvero piccoli e quindi non facili da modellare soprattutto in una simulazione completa di un veicolo. In questa tesi vengono eseguite una ricerca dei metodi di modellazione esistenti e un'analisi comparativa tra loro, in particolare i due metodi trovati sono il layer resolved e quello omogeneo che hanno obiettivi comuni ma approcci completamente diversi. I due approcci differiscono anche per il test sperimentale necessario per eseguire il modello, inoltre gli stessi approcci utilizzano test sperimentali diversi per caratterizzare i materiali, questo aspetto verrà brevemente discusso sulla base della ricerca bibliografica. Poiché l'obiettivo finale di questa tesi è prevedere se si verificano cortocircuiti a seguito di un impatto meccanico e quali sono il suo effetto, insieme al comportamento meccanico viene considerato anche l'accoppiamento termoelettrico. Dopo alcune considerazioni che riguardano l'accuratezza e il costo computazionale, viene scelto un modello adatto per essere eseguito per un intero pacco batteria e vengono eseguite alcune simulazioni del modello per valutare le capacità del modello.