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http://hdl.handle.net/1843/75877
Tipo: | Dissertação |
Título: | Modelagem do processo de resfriamento direto de células de íons de lítio cilíndricas baseado no escoamento axial |
Autor(es): | Rodrigo Alonso Pires Júnior |
primer Tutor: | Rudolf Huebner |
primer Co-tutor: | Thales Alexandre Carvalho Maia |
primer miembro del tribunal : | Rafael Augusto Magalhães Ferreira |
Segundo miembro del tribunal: | Braz de Jesus Cardoso Filho |
Resumen: | Regulamentações ambientais acerca do nível de emissões dos veículos foram criadas e tendem a se tornar cada vez mais restritivas nos próximos anos. Nesse contexto a eletrificação veicular, parcial ou total, se tornou a opção mais utilizada pela indústria automobilística. Mesmo com a utilização da tecnologia de baterias de íons de lítio, os dispositivos armazenadores veiculares possuem pontos sensíveis em relação a densidade de potência, tempo de vida e autonomia por ciclo. Com alta correlação com os efeitos degradativos e geração de calor das células da bateria, a temperatura de operação das células é fundamental para a manutenção do dispositivo, o que levou à necessidade desenvolvimento de estratégias de resfriamento. Dentre as principais estratégias de resfriamento de células destaca-se o air cooling, cold plate, uso de tubulações e o resfriamento direto com escoamento na direção radial e axial. Este último apesar de alguns trabalhos da literatura indicarem suas vantagens, poucos trabalhos avaliaram a estratégia de modo aprofundado. Com isso, o presente trabalho busca se apresentar como mais uma referência de estudo em relação a estratégia de resfriamento direto com escoamento na direção axial, visando apresentar dados de desempenho para uma aplicação real. Para isso, um modelo CFD foi desenvolvido utilizando o software OpenFOAM, tendo sua validação feita pela comparação dos resultados do modelo com experimentos realizados utilizando ar como fluido de trabalho, obtendo-se um desvio médio de 7,65% em relação à temperatura da célula medida experimentalmente. A partir da validação do modelo, estudos comparativos foram conduzidos acerca da estratégia com a utilização de um fluido comercial, comparando os resultados com outras estratégias a partir dos dados apresentados em um estudo base. Nas condições de descarga 1C e 2,5C, a comparação da estratégia em questão apresentou os menores resultados relativos ao gradiente de temperatura no pack e uma das menores potências de bombeamento para ambos os casos. |
Abstract: | Environmental regulations regarding the level of vehicle emissions were created and tend to become increasingly restrictive in the next years. In this context, vehicle electrification, partial or total, has become the most used option by the automotive industry. Even with the use of lithium-ion battery technology, the storage devices have sensitive points in relation to power density, lifetime and autonomy per cycle. With high correlation with the degradative effects and heat generation of the battery cells, the operating temperature of the cells is one of the main parameters to be optimized, which led to the development of several cooling strategies. Among the main cell cooling strategies are air cooling, cold plate, use of pipes and direct cooling with flow in radial and axial directions. The latter, despite some works in the literature indicating its advantages, few works evaluated the strategy in depth. Therefore, this work seeks to present itself as another reference study in relation to the direct cooling strategy with axial flow, aiming to present performance data for a real application. For this, a CFD model was developed using OpenFOAM, having its validation done by comparing the results of the model with experiments carried out using air as working fluid, obtaining an average deviation of 7.65% in relation to experimental cell surface temperature measured. From the validation of the model, comparative studies were conducted about the strategy with the use of a commercial fluid, comparing the results with other strategies from data presented in a base study. Under discharge conditions 1C and 2.5C, comparison of strategy in question presented lowest results relative to temperature gradient in pack and one of lowest pumping powers for both cases. |
Asunto: | Veículos elétricos Baterias de lítio Resfriamento Modelagem |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Editor: | Universidade Federal de Minas Gerais |
Sigla da Institución: | UFMG |
Departamento: | ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA |
Curso: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecanica |
Tipo de acceso: | Acesso Aberto |
URI: | http://hdl.handle.net/1843/75877 |
Fecha del documento: | 22-dic-2023 |
Aparece en las colecciones: | Dissertações de Mestrado |
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