Modellazione del comportamento ad impatto di batterie agli ioni di Litio = Modeling of the impact behavior of Li-ion batteries

Le batterie agli ioni litio ricaricabili ai giorni nostri rivestono un ruolo fondamentale: computer portatili, smartphones, automobili elettriche e molto altro ancora sono tutti apparecchi alimentati tramite batterie Li-ion. Con la costante diffusione di tali dispositivi sono aumentate anche le esigenze relative alla sicurezza degli stessi. Gli scenari associati agli abusi di natura meccanica rivestono un ruolo critico nella progettazione, produzione e impiego di batterie agli ioni litio, in quanto tali eventi possono condurre la cella a condizioni di malfunzionamento associate a cortocircuiti, surriscaldamenti ed esplosioni. Le batterie agli ioni litio sono costituite da catodo, anodo, separatore ed un involucro di acciaio. Tra questi, la rottura del separatore determina la rottura della cella e il conseguente contatto tra anodo e catodo, determinando l’innescarsi del cortocircuito. Il seguente lavoro di tesi ha come obiettivo quello di studiare il comportamento meccanico di una batteria cilindrica agli ioni litio Sony 18650 VTC6 tramite simulazioni agli elementi finiti. Nel lavoro di tesi sono stati proposti differenti tipologie di modello della batteria Li-ion: un modello dettagliato eterogeneo che descrive tutti i componenti all’interno della cella ed un modello omogeneizzato che considera la cella come se fosse composta da unico componente. Per verificare l’affidabilità dei modelli i risultati ottenuti sono stati confrontati con dati di natura sperimentali in termini di forza e spostamento durante le prove, e quindi in termini di rigidezza. Infine, viene proposto un modello omogeneizzato che tiene conto anche del comportamento termico ed elettrico, in grado di rappresentare l’andamento della temperatura e della tensione nella cella in seguito al cortocircuito. Le simulazioni esplicite sono state condotte tramite il software general purpose LS-Dyna.