ELECTRA - Enhanced Liquid cooling for ElectriC Traction systems in Recreational Aviation

Dettagli

Settore ERC: PE8 - Products and Processes Engineering
Sottosettore ERC: PE8_7 - Mechanical engineering
Data avvio progetto: 06/11/2024
CUP: D53C24003970006
Sostegno finanziario ricevuto: €61.121,00

Descrizione e scopo

Questa ricerca mira a sviluppare un sistema innovativo di gestione termica delle batterie per veicoli elettrici (con particolare attenzione agli aerei elettrici) basato sulla combinazione di due tecniche passive di scambio termico bifase ad alta efficienza. Le batterie degli aerei funzionano in condizioni elettriche e ambientali difficili, dove l'elevata richiesta di energia genera intensi flussi di calore, aumentando rapidamente le temperature e riducendo le prestazioni e la durata utile. Per ovviare a questo problema, il progetto si concentra su un sistema avanzato di gestione termica delle batterie. L'applicazione target è quella degli aerei sportivi leggeri (LSA, MTOM < 600 kg), in particolare per scopi di addestramento, dove il tempo di volo limitato è in linea con la capacità di accumulo della batteria. Il sistema di gestione termica proposto si basa sull’immersione delle celle agli ioni di litio in un fluido dielettrico a basso punto di ebollizione, consentendo un efficiente trasferimento di calore dalla batteria al telaio e quindi all'ambiente. Inoltre, all'interno del pacco celle sono integrati dei tubi di calore pulsanti (PHP), semplici circuiti bifase passivi ed economici, immersi nel fluido. La loro compattezza, flessibilità, leggerezza e capacità di funzionare senza alimentazione esterna li rendono ideali per l'aviazione. I PHP sono progettati per gestire i picchi termici che rischiano di provocare la completa evaporazione del fluido, il surriscaldamento del gas e un pericoloso aumento della pressione, migliorando così l'efficienza di raffreddamento e la sicurezza del sistema.

Sito Web: https://www.ingeo.unich.it/pagina-electra-enhanced-liquid-cooling-for-electric-traction-systems-in-recreational-aviation-2035

Finalità

Questo progetto affronta il tema della mobilità sostenibile sviluppando un innovativo sistema di raffreddamento per batterie elettriche (con particolare attenzione alle batterie degli aerei). Una sfida fondamentale è quella di gestire l'elevato calore prodotto dalle celle agli ioni di litio durante le fasi più impegnative, come il decollo e la salita, poiché il surriscaldamento riduce le prestazioni e comporta il rischio di malfunzionamenti. Il sistema di gestione termica delle batterie proposto si basa sull’immersione delle celle in un fluido dielettrico a basso punto di ebollizione per un efficiente trasferimento di calore. Sono stati aggiunti tubi di calore pulsanti per controllare i picchi termici, favorire la ricondensazione del fluido e prevenire pericolosi aumenti di pressione. Il sistema è completamente passivo, non richiede energia aggiuntiva per la circolazione del refrigerante e migliora la compattezza e l'affidabilità.

Risultati attesi

I principali compiti scientifici del progetto di ricerca proposto possono essere riassunti come segue:

- identificazione dei parametri chiave che influenzano il comportamento della batteria immersa nel fluido qui studiata;

- progettazione di un sistema di raffreddamento innovativo basato sull'accoppiamento di fluidi dielettrici a basso punto di ebollizione e PHP per la gestione termica delle batterie elettriche;

- sviluppo di una procedura innovativa di stima delle prestazioni locali dei PHP, su misura per l'applicazione specifica;

- produzione di un prototipo del sistema di gestione termica progettato;

- caratterizzazione sperimentale delle batterie dotate del sistema di gestione termica progettato.

Risultati raggiunti

I primi risultati sono stati pubblicati e sono presenti nei seguenti articoli:

Cattani, L., Sacchelli, F., & Bozzoli, F. (2025). Enhanced Passive Thermal Management for Electric Vehicle Batteries Using a 3D Pulsating Heat Pipe. Energies, 18(9), 2306.
Sacchelli, F., Cattani, L., & Bozzoli, F. (2025). Thermal Performance Study of a Novel Double-Phase Cooling Strategy in Electric Vehicle Battery Systems. Energies, 18(18), 4937.

Sono stati inoltre presentati alle seguenti conferenze:

Cattani, L.; Sacchelli, F.; Bozzoli, F.; Soldati, A.; Musetti, A. Experimental Evaluation of a Passive Dual Two-Phase Cooling System for Ev Batteries Using a Dielectric Fluid and a Pulsating Heat Pipe. (poster presentation) - THERMINIC Conference 2025 – Naples, September 24-26, 2025

Sacchelli, F.; Cattani, L.; Bozzoli, F. Experimental evaluation of a high-performance dual two-phase cooling system for ev batteries, (oral presentation), 42nd UIT Heat Transfer Conference, Florence, 23rd - 25th June 2025.