Riassunto analitico
Questa tesi è incentrata sull'analisi della gestione termica della batteria (BTM) per veicoli elettrici con batteria agli ioni di litio (EV). Questo report è frutto di una parte dell'esperienza di tirocinio nel dipartimento Advanced Powertrain in Ricerca e Sviluppo presso Toyota Motor Europe NV / SA, Bruxelles, Belgio. Viene studiata l’applicabilita’ di una metodologia di simulazione CFD 3D per l'analisi del comportamento termico della batteria durante la ricarica rapida a 150 kw. La motivazione dello studio porta ad una breve analisi degli effetti termici sull'invecchiamento della batteria; quindi viene presentato il caso di studio di un sistema di raffreddamento a liquido. La metodologia è applicata a una ricostruzione geometrica del pacco batteria raffreddato a liquido simile a quello di un Audi e-tron 2019, il tipo di cella analizzato è una geometria prismatica, nonostante al momento del lancio il pacco batterie Audi è dotato di celle a sacchetto. I parametri operativi vengono analizzati e ottimizzati con lo scopo di mantenere le celle all'interno dell'intervallo operativo termico, tenendo in considerazione il gradiente di temperatura in cella e le differenze di temperatura delle celle lungo il pacco batteria.
La seconda parte della relazione è un riassunto della teoria e delle conoscenze di base necessarie per la progettazione di un prototipo di sistema di raffreddamento con una maggiore efficienza termica rispetto a un sistema di raffreddamento a liquido. Non e’ possibile per motivi confidenziali riportare in dettaglio lo studio ed i risultati ottenuti.
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Abstract
This thesis is focused on the analysis of battery thermal management (BTM) for Li-ion battery powered Electric Vehicles (EVs). This is from a part of the internship experience in Advanced Powertrain department in Research & Development at Toyota Motor Europe NV/SA, Brussels, Belgium. The purpose of the study is the application of a 3D CFD simulation methodology for the analysis of the battery thermal behavior during fast-charging with 150kW power supply. The motivation of the study leads to a brief analysis of the thermal effects on battery aging; then a liquid cooling system case study scenario is presented.
The methodology is applied to a geometry rebuild of the liquid cooled battery pack resembling the Audi e-tron 2019, the type of the cell analyzed is a prismatic geometry, even if at the launch Audi battery pack is equipped with pouch cells. The operating parameters are analyzed and optimized to keep the cells within the thermal operating range, with a consideration to the in-cell temperature gradient, and cell temperature differences along the battery pack.
The second part of the report is a summary of the background theory and knowledge needed for the design of a concept cooling system with increased heat efficiency compared to a liquid cooling system.
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