Loading...
Publication
Estudo numérico (CFD) e experimental do comportamento térmico de células de iões de lítio
| Name: | Description: | Size: | Format: | |
|---|---|---|---|---|
| 5.04 MB | Adobe PDF |
Authors
Advisor(s)
Abstract(s)
A refrigeração de células de iões de lítio é essencial para garantir a eficiência, a segurança e a longevidade das baterias de veículos elétricos e híbridos. Neste contexto, a determinação da taxa de geração de energia térmica numa célula de iões de lítio é essencial para o desenvolvimento dos respetivos sistemas de refrigeração. Contudo, os modelos térmicos que permitem determinar esta variável utilizam submodelos eletroquímicos, cuja parametrização é complexa, podendo exigir o conhecimento detalhado das caraterísticas físicas e químicas específicas da bateria em análise.
Este trabalho dedicou-se à determinação, ou ajuste, dos parâmetros de um dos modelos eletroquímicos de baterias de iões de lítio mais abrangentes – o modelo desenvolvido por Newman, Tiedemann, Gu e Kim (NTGK) – de forma simplificada, para uma célula de iões de lítio específica. As variáveis resultantes do modelo eletroquímico foram depois utilizadas por um modelo térmico – o Multi-Escala Multi-Domínio (MSMD) – para estimar a energia térmica gerada pelas reações químicas e pela condução de corrente elétrica.
Para o ajuste dos parâmetros do modelo eletroquímico foram, numa primeira fase, comparados os resultados de simulações numéricas, realizadas via Dinâmica de Fluidos Computacional (CFD), com os homólogos resultados experimentais disponíveis na bibliografia, nomeadamente de potencial elétrico e da temperatura da superfície da célula, obtidos em condições de convecção natural.
Com o ajuste realizado, a diferença relativa entre a temperatura média da superfície da célula estimada numericamente e a obtida nos ensaios experimentais foi de 5,0%. A diferença relativa do potencial elétrico foi de 3,9%.
Numa segunda fase, foi desenvolvida uma montagem experimental – caso de referência - para ensaiar o comportamento da célula, em situações de carga ou descarga, quando imersa num fluido dielétrico e refrigerada por convecção forçada. Estes ensaios, também simulados numericamente via CFD, com os parâmetros do modelo eletroquímico ajustados na primeira fase, tiveram o principal objetivo de validar esses parâmetros, bem como os resultados dos campos de velocidades, pressão e temperatura do escoamento em torno da célula. Durante a descarga com a célula sujeita a refrigeração por imersão, a temperatura média da sua superfície foi subestimada em 2,06 oC em relação à temperatura obtida experimentalmente, e o potencial elétrico foi sobrestimado em 0,40 V, correspondentes, respetivamente, a diferenças relativas de 7,32% e 9,53%.
Description
Keywords
Célula de iões de lítio CFD Modelo térmico