Sicurezza delle batterie di veicoli elettrici in condizioni critiche. Analisi dei materiali e prove sperimentali sulle celle, incidenti e prospettive future = Safety of electric vehicle batteries in critical conditions. Analysis of materials and experimental tests on cells, accidents and future prospects

Il cambiamento climatico è sempre più evidente ed oltre agli accordi climatici tra i Paesi a livello Mondiale, l’Unione Europea ha deciso di accelerare la transizione energetica al fine di diminuire le immissioni di sostanze climalteranti nell’aria. Si è infatti posta l’obiettivo di raggiungere la neutralità climatica per il 2050 e di ottenerne una riduzione del 55% entro il 2030, come indicato nel Green Deal europeo. Uno dei settori su cui l’Europa sta lavorando è quello dei “trasporti” tramite i veicoli elettrici che offrono l'opportunità di essere ricaricati con energia proveniente da fonti rinnovabili e sostenibili che consentono di viaggiare con bassi valori di emissione di sostanze climalteranti. In questi anni, date le maggiori restrizioni sulle emissioni provenienti dai veicoli e gli incentivi economici Europei, si sta verificando un forte aumento del numero di veicoli elettrici sulle strade; risulterà dunque più probabile che si verifichino incidenti che li includano. La peculiarità principale della sicurezza dei veicoli elettrici è la batteria per via della sua elevata reattività, che, se sollecitata con: vibrazioni, deformazione, urti, calore durante una collisione, può provocare incendi ed esplosioni con rilasci di sostanze tossiche che mettono a rischio la sicurezza delle persone all’interno ed attorno al veicolo. Il seguente lavoro di tesi vuole approfondire e studiare questa tematica partendo da una revisione dello stato dell’arte sulle batterie: tecnologie attuali ed alternative, reattività di celle caratterizzate da differenti materiali, cause di fallimento, incendi e test di verifica per la sicurezza delle batterie. Nella seconda parte dell’elaborato di tesi sono state effettuate prove sperimentali (test di abuso) su celle agli ioni di litio con l’obiettivo di studiare i tre tipi di impatto che possono verificarsi su una batteria: meccanico, termico ed elettrico; per analizzarne le reazioni. Si è infatti simulato il comportamento di una cella sottoposta ad un impatto meccanico in diverse condizioni ambientali di temperatura, tramite prove di nail penetration. La stessa tipologia di test è stata estesa per lo studio di un incidente in un luogo confinato, ad esempio una galleria o un parcheggio coperto, valutando la risposta del cemento quando questo viene urtato da ripetute esplosioni di celle. Si è valutato anche l’effetto dell’impatto termico finalizzato ad osservare la risposta della batteria di un veicolo elettrico in un incendio tramite la prova di surriscaldamento della cella. Nei pacchi batteria possono verificarsi fenomeni di impatto elettrico come il cortocircuito esterno, specialmente con la maggiore diffusione di formati di celle che abbiano i due poli sullo stesso lato; per questa ragione si è studiata la risposta della cella sottoposta a tale fenomeno. Sulle strade ci sono diversi veicoli elettrici le cui batterie sono state utilizzate per percorrere numerosi chilometri, si è dunque infine valutata l’influenza dell’invecchiamento della cella (stato di salute) sul comportamento della stessa durante la fuga termica. I dati raccolti e le analisi effettuate potranno essere utili per approfondire il comportamento delle celle durante situazioni critiche come incidenti o incendi e migliorare la gestione delle batterie in tali situazioni, con lo scopo di aumentare la sicurezza dei veicoli elettrici e dei loro passeggeri.