Experimental methods for safe testing of electric battery modules

The objective of this thesis is to establish an experimental methodology for conducting safe tests on battery modules through the analysis of battery cell behavior. Ensuring the safety of the battery module is of utmost importance due to the severity of electric vehicle accidents resulting from battery failure. The present study has successfully developed experimental models of battery cells specifically designed for lateral indentation. The creation and physical characterization of dummy cells have been undertaken to facilitate safe testing and analysis of their mechanical behavior. The cells have been subjected to multiple indentation tests. The numerical model was developed using the SIMULIA/Abaqus explicit Finite Element Method (FEM) algorithm, incorporating identical materials and shapes. The behavior of the constructed dummy cells exhibited consistency with the evidence documented in the literature pertaining to real cells. As a result, they can be considered a suitable compromise between accuracy and safety. The development of dummy cells for experiments involved the utilization of aluminum sheets that were rolled into different patterns and subsequently filled with silicon. This innovative approach has resulted in the establishment of a straightforward yet safe method of conducting battery tests. Subsequently, an investigation was conducted into the mechanical abuse inflicted on the battery cell. The mechanical behavior of the final model was evaluated by utilizing it in the battery module. Experimental numerical correlation has been conducted to analyze both the impact force and the accelerations experienced by the dummy cells of the module. Following the process of model tuning, the experimental numerical correlation demonstrates a satisfactory outcome, thereby providing justification for the developed modeling approach. The implementation of this specific dummy cell demonstrates significant potential for conducting safe tests on electric battery modules in the future.

L'obiettivo di questa tesi è stabilire una metodologia sperimentale per condurre test sicuri su moduli batteria attraverso l'analisi del comportamento delle celle batteria. Garantire la sicurezza del modulo batteria è di estrema importanza a causa della gravità degli incidenti con veicoli elettrici che possono derivare da un guasto delle batterie. Lo studio attuale ha sviluppato con successo modelli sperimentali di celle batteria appositamente progettati per l'indentazione laterale. La creazione e la caratterizzazione fisica di celle fittizie sono state effettuate per agevolare i test sicuri e l'analisi del loro comportamento meccanico. Le celle sono state sottoposte a numerosi test di indentazione. Il modello numerico è stato sviluppato utilizzando l'algoritmo del Metodo degli Elementi Finiti esplicito SIMULIA/Abaqus, incorporando materiali e forme identiche. Il comportamento delle celle fittizie costruite ha mostrato coerenza con le evidenze documentate nella letteratura relativa alle celle reali. Di conseguenza, possono essere considerate un compromesso adeguato tra precisione e sicurezza. Lo sviluppo di celle fittizie per esperimenti ha coinvolto l'utilizzo di fogli di alluminio che sono stati arrotolati in diversi modelli e successivamente riempiti con resina epossidica. Questo approccio innovativo ha portato alla creazione di un metodo semplice ma sicuro per condurre test sulle batterie. Successivamente, è stata condotta un'indagine sull'abuso meccanico inflitto alla cella batteria. Il comportamento meccanico del modello finale è stato valutato utilizzandolo nel modulo batteria. È stata condotta una correlazione numerica sperimentale per analizzare sia la forza d'impatto che le accelerazioni subite dalle celle fittizie del modulo. Dopo il processo di taratura del modello, la correlazione numerica sperimentale mostra un risultato soddisfacente, fornendo così giustificazione all'approccio di modellazione sviluppato. L'implementazione di questa specifica cella fittizia dimostra un significativo potenziale per condurre test sicuri sui moduli batteria elettrica in futuro.