Modelagem do processo de resfriamento direto de células de íons de lítio cilíndricas baseado no escoamento axial
Carregando...
Data
Autor(es)
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Rafael Augusto Magalhães Ferreira
Braz de Jesus Cardoso Filho
Braz de Jesus Cardoso Filho
Resumo
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.
Assunto
Veículos elétricos, Baterias de lítio, Resfriamento, Modelagem
Palavras-chave
Veículo elétrico, Bateria de íons de lítio, Geração de calor, Resfriamento direto, Modelagem térmica