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Publicação
Desenvolvimento, via simulação computacional (CFD) e experimental, de um sistema de gestão térmica de baterias de iões de lítio
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Orientador(es)
Resumo(s)
A crescente necessidade de otimizar a eficiência energética e a segurança em veículos elétricos tem impulsionado o aperfeiçoamento contínuo dos sistemas de gestão térmica de baterias de iões de lítio. O presente trabalho, realizado no âmbito do Projeto de Mestrado em Engenharia Automóvel, dedicou-se ao desenvolvimento e à avaliação de um sistema de gestão térmica por imersão líquida, através de simulações numéricas computacionais e ensaios experimentais, visando responder às exigências de desempenho térmico e à fiabilidade sob condições operacionais variadas.
Para as simulações numéricas computacionais foi considerado, em simultâneo, a produção de calor no interior das células durante a sua carga/descarga, através de um modelo numérico próprio para o efeito, e a consequente dissipação do calor produzido através de um sistema de refrigeração líquida, através de um programa comercial de Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD).
Complementarmente, realizaram-se ensaios experimentais para validar os modelos numéricos, utilizando uma montagem construída especificamente para o efeito, que permitiu monitorizar a resposta térmica das células sob condições de carga variadas.
O desenvolvimento do invólucro do conjunto de células (bateria), um dos temas principais do trabalho, foi realizado através de um processo iterativo, típico de um produto desenvolvido com recurso a ferramentas de engenharia assistida por computador, tendo como principal objetivo uma refrigeração eficiente e homogénea do respetivo conjunto de células. A geometria inicial do invólucro foi desenhada com base na geometria de um invólucro já existente numa empresa, na qual o presente projeto foi desenvolvido, que pretende vir a usar a bateria num motociclo de competição de todo-o-terreno que se encontra a ser desenvolvido na mesma empresa.
Para a aquisição e tratamento dos dados experimentais, foi ainda desenvolvido um sistema eletrónico específico para a montagem experimental em causa.
Os resultados indicam que a implementação de um sistema de imersão líquida contribui significativamente para a homogeneização da temperatura entre as células, reduzindo o risco de degradação acelerada e melhorando a eficiência geral do sistema de baterias. As análises demonstraram também que este tipo de sistema de gestão térmica permite a homogeneização de temperaturas de células mesmo com caudais de fluido reduzidos.
Descrição
Palavras-chave
Sistema de gestão térmica Imersão líquida Células eletroquímicas Iões de lítio Dinâmica de fluidos computacional (CFD) Transferência de calor