Dimensionamento strutturale e analisi dinamica FEM di un pacco batteria per veicolo elettrico = Structural design and FEM dynamic analysis of a battery pack for an electric vehicle

Il passaggio dall’auto a combustione interna a quella elettrica ha comportato un radicale cambiamento nella progettazione dei veicoli, essendo ora provvisti di un diverso sistema propulsivo e di un telaio modificato che possa ospitare e proteggere il pacco batteria. Il pacco batteria è infatti uno dei componenti principali dell’auto elettrica e consiste in un dispositivo in grado di accumulare energia per poi rilasciarla e favorire il movimento del veicolo. Pertanto, principale obiettivo degli ingegneri è stato quello di proteggere il pacco batteria da agenti endogeni (vibrazioni, calore) ed esogeni (polvere, acqua, urti) al fine di preservarne l’integrità ed il corretto funzionamento. In questo contesto si inserisce il seguente lavoro di tesi, nato successivamente all’attività di tirocinio svolta presso l’azienda Tecnocad Engineering & Design S.r.l., società che guida un gruppo di aziende operanti nel settore dell’automotive. Obiettivo primario della tesi è quello di andare a valutare mediante l’utilizzo dell’analisi agli elementi finiti l’integrità di un pacco batteria per auto elettrica al fine di validarlo secondo le normative di riferimento. Il primo approccio allo studio è stato quello di dover concepire e realizzare al CAD i componenti costituenti il pacco batteria che abbiano la funzione di contenere e proteggere i moduli di celle presenti nel pacco. Particolare attenzione è stata posta agli ingombri presenti nell’auto in modo tale da garantirne il corretto posizionamento all’interno del veicolo. La fase successiva è stata quella di creare il modello FEM partendo dai modelli realizzati al CAD delle varie componenti costituenti il pacco batteria, collegandoli tra loro e andando a costituirne l’assieme da analizzare. Realizzato il modello FEM si è proceduto ad un’analisi vibrazionale NVH (Noise Vibration Harshness), per valutare le forme modali dei singoli componenti con relativa ottimizzazione di eventuali criticità, seguita da analisi FRF (Frequency Response Function) e PSD (Power Spectral Density) per esaminare il comportamento della struttura sottoposta a forzanti. Lo studio è stato completato da verifiche nel campo della non linearità sottoponendo il pacco batteria a delle prove di shock meccanico e di compressione al fine di poter migliorare possibili aree di fragilità strutturale. Nella realizzazione di questo progetto si è fatto riferimento al software Siemens Unigraphics Nx per quanto riguarda la progettazione al CAD, mentre si è utilizzato Altair HyperMesh per le analisi agli elementi finiti con i solutori OptiStruct/Radioss. I risultati prodotti da queste analisi hanno evidenziato la resistenza dei componenti costituenti il pacco in condizioni operative, mostrando livelli di stress da parte dei materiali applicati ben al di sotto della soglia critica di snervamento, motivo per il quale il presente studio può porre le basi per ulteriori sviluppi e ottimizzazioni del pacco batteria andando a adattarsi anche a diverse applicazioni.