Studio numerico di un sistema di raffreddamento per la gestione termica di batterie prismatiche

Negli ultimi anni si è assistito ad una rapida evoluzione del settore automotive verso lo sviluppo di tecnologie elettriche nel tentativo di ridurre le emissioni di gas serra. Nei veicoli elettrici le batterie sono utilizzate come accumulatori di energia e quelle agli ioni di litio sono le più diffuse.Un parametro fondamentale per il funzionamento delle batterie è la temperatura operativa, pertanto il suo corretto controllo è essenziale dunque per mantenere la temperatura della batteria nell’intervallo di funzionamento ottimale, è necessario l’utilizzo di sistemi di raffreddamento o cold plate. Questo studio si concentra sull'analisi di un sistema di raffreddamento, percorso da un fluido termovettore, sul quale è posizionato un pacco batterie di forma prismatica. L'obiettivo è valutare le condizioni operative ottimali per massimizzare le prestazioni del sistema di raffreddamento. Il fluido termovettore è stato studiato tramite simulazioni CFD tramite STAR-CCM+. Nelle simulazioni eseguite sono stati fissati valori per le principali variabili del sistema: la portata in ingresso del fluido, la temperatura in ingresso e la potenza termica erogata dal pacco batterie. Sono stati analizzati due casi con diversi valori di potenza termica erogata dal pacco batterie, pari a 20W e 200W, per ciascun caso è stata studiata la risposta del sistema con diversi valori di portata in ingresso e fissando la temperatura del fluido in ingresso. Le simulazioni hanno permesso di determinare la distribuzione del campo di temperatura del fluido termovettore e della superficie di contatto tra il cold plate e il pacco batteria. I risultati mostrano come aumentando la portata del fluido in ingresso al sistema è maggiore la quantità di calore asportato e quindi si riduce la temperatura massima sulla superficie di contatto e la differenza di temperatura tra il fluido in ingresso e il fluido in uscita.