Análisis CFD de la refrigeración de la batería de alto voltaje del vehículo ART-22E

Abstract

En el presente Trabajo de Fin de Grado (TFG), se investiga y se presenta una metodología detallada para desarrollar complejas simulaciones que modelan el intercambio de calor entre las celdas de una batería y el aire en movimiento en su interior. El proceso comienza con la creación del modelo de celda en Battery Design Studio, donde se configuran los parámetros fundamentales de la batería. Posteriormente, se realiza la simulación en Star-CCM+, un software de dinámica de fluidos computacional (CFD), que permite analizar el comportamiento del flujo de aire en el interior de la batería y evaluar el intercambio de calor con las celdas. Esto se hace para entender mejor cómo la batería responde a diferentes condiciones, como la carga y descarga. Además, se exploran diversas estrategias de diseño y operación para optimizar la transferencia de calor y mejorar el rendimiento de la batería. Mi trabajo durante la temporada 2021/2022 en el departamento de Aerodinámica del equipo ARUS no se limitó solo a desarrollar simulaciones para mejorar y optimizar la refrigeración por aire del ART-20E de la temporada anterior. Además, fui responsable del diseño y desarrollo de un innovador sistema para la estructura de los ventiladores y una toma de aire que introducía aire dentro del chasis, en contraste con los diseños de años anteriores.

In the present Bachelor’s Thesis, a detailed methodology is investigated and presented for developing complex simulations that model the heat exchange between the cells of a battery and the moving air inside it. The process starts with creating the cell model in Battery Design Studio, where the fundamental parameters of the battery are configured. Subsequently, the simulation is performed using StarCCM+, a computational fluid dynamics (CFD) software that allows analyzing the behavior of airflow inside the battery and evaluating the heat exchange with the cells. This is done to better understand how the battery responds to different conditions, such as charging and discharging. Additionally, various design and operation strategies are explored to optimize heat transfer and improve battery performance. My work during the 2021/2022 season in the Aerodynamics department of the ARUS team was not limited to developing simulations to enhance and optimize the air cooling of the ART-20E from the previous season. Moreover, I was responsible for designing and developing an innovative system for the fan structure and an air intake that introduced air into the chassis, contrasting with designs from previous years.