Analisi numerica di sistemi innovativi per la gestione delle batterie con materiali a cambiamento di fase

In campo energetico le sfide di Oggi e di Domani impongono il progressivo abbandono dei combustibili fossili sia per il miglioramento della qualità dell'aria che ogni anno miete milioni di vittime, sia per la crisi energetica che ultimamente l'Europa sta affrontando che per combattere il cambiamento climatico. Uno dei settori più impattanti è senza dubbio quello dei trasporti che ha visto negli ultimi vent'anni una considerevole diffusione di veicoli elettrici che necessitano di batterie performanti ed affidabili. Tra i parametri che più impattano sulla scelta di una batteria vi sono il rapporto peso-potenza, la vita media e il ciclo di carica e scarica. La tipologia di batteria più utilizzata in campo automotive è quella agli ioni di Litio cilindrica. Esse vengono raggruppate in moduli che vengono, poi, installati sull'autoveicolo. Uno dei parametri che più influenzano lo stato di salute di un pacco batterie, che a sua volta incide sulla sua affidabilità, è la temperatura della batteria stessa. Sia per motivi di sicurezza che per garantirne una durata adeguata, bisogna mantenere questa grandezza all'interno di un range di operabilità definito. Varie sono state le tecniche sperimentate per garantire una gestione termica efficace, dal più semplice raffreddamento ad aria all'utilizzo di sistemi ibridi con materiali innovativi. I materiali a cambiamento di fase (in inglese Phase change materials o PCMs) risultano particolarmente indicati per questo scopo in quanto, visto il loro punto di fusione che ricade all'interno del range di operabilità sopracitato, riescono ad accumulare una grande quantità di energia sotto forma di calore latente, mantenendo la temperatura ad un valore sufficientemente basso. Poche sono, in letteratura, le analisi CFD di tali sistemi. Lo scopo di questo studio è stato quello di validare un modello implementato nel software commerciale Star-CCM+ e di applicarlo ad un modulo di un sistema di gestione termica per batterie già esistente.