La transició als vehicles elèctrics (EV) requereix avenços en la tecnologia de les bateries per millorar l’autonomia i minimitzar els temps de càrrega. La càrrega ràpida és una característica clau per permetre l’adopció generalitzada dels vehicles elèctrics, però presenta importants reptes de gestió tèrmica a causa de la inestabilitat tèrmica i la major degradació de les bateries d’ió de liti. Per solucionar aquest problema, calen conceptes avançats de refrigeració de la bateria per garantir la seva seguretat i una vida útil més llarga. Aquesta tesi presenta un mètode per simular el comportament tèrmic en 3D d’un mòdul de bateria en càrrega ràpida amb una estratègia de refrigeració determinada. Això inclou un modelatge precís de les cel.les per com- binar el seu comportament elèctric i tèrmic, tenint en compte l’escalfament òhmic als connectors i la contribució del sistema de refrigeració. La simulació es configura a StarCCM++ mitjançant l’eina BatterySim® per al modelatge de cel·les. Les simulacions de casos pràctics es realitzen en un paquet de bateries estàndard amb una placa de refrigeració a la part inferior del mòdul de la bateria. El mètode es verifica mitjançant la realització d’una prova de càrrega ràpida en temps real que va demostrar que els resultats de la simulació estan d’acord amb les dades de la prova. Amb una estratègia de càrrega ràpida de 20 minuts, els resultats de la simulació indiquen que aquest enfocament de refrigeració condueix a una temperatura més alta a la superfície superior de les cel·les. Per tant, el disseny es modifica afegint una altra placa de refrigeració a la part superior. Aquest disseny refreda eficaçment la bateria amb uns gradients de temperatura mínims. Una altra estratègia estudiada, que ha implicat la col·locació de tubs de calor prims entre cada cel·la, ha demostrat ser un enfocament encara més eficaç, ja que les cel·les es refreden de manera eficient i uniforme. Mitjançant aquest mètode, el disseny d’un mòdul de bateria es pot optimitzar encara més per tenir una temperatura més uniforme en el rang de temperatura òptim
La transición a los vehículos eléctricos (EV) requiere avances en la tecnología de baterías para mejorar el alcance y minimizar los tiempos de carga. La carga rápida es una característica clave para permitir la adopción generalizada de vehículos eléctricos, pero presenta importantes desafíos de gestión térmica debido a la inestabilidad térmica y la mayor degradación de las baterías de iones de litio. Para abordar este problema, se requieren conceptos avanzados de refrigeración de baterías para garantizar su seguridad y una mayor vida útil. Esta tesis presenta un método para simular el comportamiento térmico 3D de un módulo de batería bajo carga rápida con una estrategia de enfriamiento determinada. Esto incluye el modelado preciso de las celdas para acoplar su comportamiento eléctrico con el comportamiento térmico al tiempo que se considera el calentamiento óhmico en las barras conectoras y la con- tribución del sistema de refrigeración. La simulación se configura en StarCCM++ utilizando la herramienta BatterySim® para el modelado celular. Las simulaciones de los estudios se llevan a cabo inicialmente en un paquete de baterías estándar con una placa de enfriamiento en la parte inferior del módulo de la batería. El método se verifica realizando una prueba de carga rápida en tiempo real que mostró que los resultados de la simulación concuerdan bien con los datos de prueba. Con una estrategia de carga rápida de 20 minutos, los resultados de la simulación indican que este enfoque de enfriamiento conduce a una temperatura más alta en la superficie superior de las celdas. Por lo tanto, el diseño se ha modificado agregando otra placa de enfriamiento en la parte superior. Este diseño enfría efectivamente la batería con gradientes de temperatura mínimos. Otra estrategia estudiada, que involucra la colocación de tubos de calor planos entre cada celda, ha demostrado ser un enfoque aún más efectivo ya que las celdas se enfrian de manera eficiente y uniforme. Mediante el uso de este método, el diseño de un módulo de batería se puede optimizar aún más para tener una temperatura más uniforme en el rango de temperatura óptimo
The transition to electric vehicles (EVs) requires advancements in battery technology to improve range and minimize charging times. Fast charging is a key feature to enable the widespread adoption of EVs, but it presents significant thermal management challenges due to the thermal instability and higher degradation of Li-ion batteries. To address this issue, advanced battery cooling concepts are required to ensure their safety and longer lifespan. This thesis presents a method to simulate the 3D thermal behaviour of a battery module under fast charging with a given cooling strategy. This includes accurate modelling of cells to couple their electrical behaviour with thermal behaviour while considering the ohmic heating in busbars and the contribution of the cooling system. The simulation is set up in StarCCM++ using the BatterySim® tool for cell modelling. The case-study simulations are carried out on a standard battery pack with a cooling plate at the battery module’s bottom. The method is verified by performing a real-time fast charging test that showed that the simulation results are in good agreement with the test data. With a 20 minutes fast charging strategy, the simulation results indicate that this cooling approach leads to a higher temperature on the top surface of the cells. Hence, the design is modified by adding another cooling plate to the top. This design effectively cools the battery with minimal temperature gradients. Another studied strategy, involving the placement of thin heat pipes between each cell, proved to be an even more effective approach as cells were cooled efficiently and uniformly. By using this method, the design of a battery module can be further optimized to have a more uniform temperature in the optimum temperature range
