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Desenvolvimento, via simulação computacional (CFD) e experimental, de um sistema de gestão térmica de baterias de iões de lítio
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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.
Description
Keywords
Sistema de gestão térmica Imersão líquida Células eletroquímicas Iões de lítio Dinâmica de fluidos computacional (CFD) Transferência de calor