Riassunto analitico
Questa tesi si concentra sull'indagine del fenomeno di propagazione termica all'interno delle batterie agli ioni di litio, specificamente nel contesto automobilistico. L'obiettivo principale è analizzare il fenomeno dell'abuso, partendo dalla comprensione della chimica interna delle singole celle e estendendosi al comportamento complessivo del pacco batteria. Attraverso un'analisi dettagliata del thermal runaway, si evidenzia l'importanza cruciale della prevenzione e della mitigazione di questo fenomeno. Vengono esplorate le possibili cause per la propagazione termica, considerando fattori come temperatura esterna, struttura interna della batteria, gestione termica e altri parametri rilevanti. Questo studio suggerisce strategie pratiche per prevenire o mitigare gli effetti della propagazione termica. L'obiettivo finale è migliorare la sicurezza e l'affidabilità delle batterie agli ioni di litio utilizzate nelle applicazioni automobilistiche, contribuendo così allo sviluppo di tecnologie più sicure e sostenibili nel settore dei veicoli elettrici. Il test condotto ha rivelato come la propagazione termica all'interno di un pacco batterie si manifesta come una reazione a catena a partire dalla singola cella attivata, progressivamente coinvolgendo celle adiacenti, moduli e infine l'intero pacco stesso. È stato osservato il thermal runaway sequenziale delle singole celle e l'aumento progressivo della pressione interna del pacco fino alla ventilazione esterna. Lo studio inizia con un'introduzione che fornisce una panoramica generale dei powertrain elettrici, seguita da una spiegazione del funzionamento della batteria a partire dalla chimica delle celle. L'introduzione definisce poi il fenomeno del thermal runaway e i possibili meccanismi di attivazione, citando i metodi di prova suggeriti dalle normative. Segue una breve discussione sulla prevenzione del fenomeno attraverso la gestione termica e altre tecnologie, concludendo l'introduzione con uno case study pubblicato. Il secondo capitolo si concentra sugli strumenti e i metodi utilizzati per condurre i test, delineando gli standard seguiti, l'attrezzatura utilizzata, le procedure di test e la valutazione del rischio associata. Il terzo capitolo descrive quindi i risultati dei test, seguiti da una discussione delle conclusioni tratte.
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Abstract
This thesis focuses on investigating the phenomenon of thermal propagation within lithiumion batteries, specifically within the automotive context. The primary objective is to analyze the abuse phenomenon, starting from an understanding of the internal chemistry of individual cells and extending to the overall behavior of the battery pack. Through a detailed analysis of thermal runaway, the crucial importance of preventing and mitigating this phenomenon is highlighted. Possible triggers for thermal propagation are explored, considering factors such as external temperature, internal battery structure, thermal management, and other relevant parameters. This study suggests practical strategies for preventing or mitigating the effects of thermal propagation. The ultimate goal is to enhance the safety and reliability of lithium-ion batteries used in automotive applications, thereby contributing to the development of safer and more sustainable technologies in the electric vehicle sector. The conducted test revealed how thermal propagation within a battery pack manifests as a chain reaction starting from the triggered single cell, then progressing to adjacent cells, modules, and finally the entire pack itself. Sequential thermal runaway of individual cells and the progressive increase in internal pack pressure until external venting were observed. The study begins with an introduction providing a general overview of electric powertrains, followed by an explanation of battery operation starting from cell chemistry. The introduction then defines the thermal runaway phenomenon and possible triggering mechanisms, citing test methods suggested by regulations. A brief discussion on preventing the phenomenon through thermal management and other technologies follows, concluding the introduction with a published case study. The second chapter focuses on the tools and methods used to conduct the tests, outlining the standards followed, equipment used, test procedures, and associated risk assessment. Chapter three then describes the test results, followed by a discussion of the conclusions drawn.
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