Simulazione e validazione sperimentale del crush test di un battery box in materiale composito

La tesi si inserisce all’interno del progetto LiBER (Lithium Battery per l’Emilia-Romagna) per la realizzazione di un pacco batterie modulare. L’obiettivo di questo elaborato è la realizzazione di un modello numerico agli elementi finiti atto a simulare e prevedere il comportamento di un pacco batterie sottoposto a crush test da normativa ECE R100. Data la complessità nel modellare al FEM un modulo composto da 15 brick, e del relativo setup della prova, si è studiato come approcciare il problema ripartendo il carico richiesto dalla prova, su un singolo brick al fine di realizzare un setup semplificato per la validazione sperimentale. Il comportamento del brick, sottoposto a crush, dipende dalle proprietà meccaniche dei suoi componenti. In particolar modo è stato necessario correlare la caratteristica meccanica della cella di standard 21700 con il possibile verificarsi di cortocircuito, in modo da stabilire, attraverso la simulazione agli elementi finiti, il campo di sollecitazione per cui il pacco batterie sia da considerarsi sicuro ed omologabile. Il lavoro si sviluppa sull’impostazione di 8 analisi agli elementi finiti che prendono in considerazione le differenti prove sperimentali da effettuare nelle diverse direzioni di impatto. In tutti i modelli FEM realizzati si simula la rottura del materiale composito, tramite metodo di riduzione della rigidezza (MPDM), di cui viene esposta la teoria alla base. Si effettuano quindi le prove sperimentali atte a validare i modelli FEM realizzati, confrontando poi i dati con quelli previsti dalle simulazioni. Il modello ottenuto viene impiegato per valutare la sostituzione del case in GFRP ricavato per laminazione con un case in pultruso di fibra di vetro allo scopo di ridurre i costi di produzione. Al fine di ottimizzare la massa complessiva del modulo si sono studiati diverse geometrie di alleggerimento, concretizzate in due soluzioni, una 8 appoggi ed una con 5, dei quali si sono studiati i comportamenti al crush test.