Riassunto analitico
Il fenomeno dell’elettrificazione, in ambito automotive, oltre a cambiare profondamente l’utilizzo degli spazi all’interno del veicolo, pone a confronto la necessità di ottenere architetture leggere e sicure, e quella di garantire, allo stesso tempo, un’autonomia di percorrenza comparabile a quella dei veicoli con motore a combustione interna. Nonostante gli ottimi risultati ottenuti dai produttori di batterie agli ioni di litio in termini di densità energetica, un pacco batteria convenzionale impatta significativamente sulla massa complessiva e lo spazio in abitacolo degli attuali veicoli elettrici.
In quest’ottica, l’utilizzo di batterie multifunzionali, capaci di espletare sia funzione strutturale che di immagazzinamento energetico, si presenta come un’attraente possibilità progettuale.
La tecnologia oggetto di studio di questa tesi utilizza una tradizionale cella pouch agli ioni di litio, inserita fra due laminati in materiale composito, in modo da formare un pannello sandwich; la cella è, inoltre, racchiusa perimetralmente da una cornice in materiale polimerico, e viene irrigidita grazie all’adozione di inserti polimerici equamente spaziati, che attraversano la cella (opportunamente predisposta) lungo il suo spessore. Tale configurazione permette di ottenere prestazioni elettrochimiche comparabili a quelle delle batterie standard e, allo stesso tempo, prestazioni meccaniche paragonabili a quelle dei convenzionali pannelli sandwich strutturali.
A valle di un meticoloso studio preliminare, è stato realizzato un modello agli elementi finiti della cella unitaria sollecitata da uno stato di flessione a tre punti. Ai fini di una validazione del modello numerico, i risultati ottenuti dalle simulazioni sono stati comparati con dati sperimentali rintracciabili in letteratura.
Successivamente, si è passati all’applicazione di tali celle multifunzionali ad un telaio per veicolo ibrido Plug-In ad elevate prestazioni: alcuni componenti, opportunamente selezionati, sono stati riprogettati in modo da integrare tale tecnologia. Si è, dunque, effettuata un’analisi comparativa tra l’architettura di riferimento e quella rivista in termini di massa, rigidezza, frequenze proprie e capacità energetica.
Dallo studio condotto, emerge come l’impiego di tali celle consenta il raggiungimento di ambiziosi target di densità energetica senza compromettere le caratteristiche strutturali del telaio, mostrando, quindi, le possibilità offerte da questa tecnologia nella progettazione di veicoli elettrificati.
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