Desempenho térmico de baterias de íons de lítio prismáticas em teste de carregamento: análise numérica e validação experimental
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Tipo de produção
Dissertação
Data
2023
Autores
Salmazo, João Victor Máximo
Orientador
Albuquerque Neto, Cyro
Periódico
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Citação
SALMAZO, João Victor Máximo; ALBUQUERQUE NETO, Cyro. Desempenho térmico de baterias de íons de lítio prismáticas em teste de carregamento: análise numérica e validação experimental. 2023. 74 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Centro Universitário FEI, São Bernardo do Campo, 2023. Disponível em: https://doi.org/10.31414/EM.2023.D.131680.
Texto completo (DOI)
Palavras-chave
Análise térmica,Fluidodinâmica Computacional,Modelo de baterias
Resumo
A transição para fontes de energia limpa, especialmente no setor de transportes, ganha
destaque devido à crescente preocupação com as mudanças climáticas e a poluição. O uso de
baterias de lítio em veículos elétricos é comum, mas sua eficiência e segurança dependem de
sua temperatura ideal de operação. Esse trabalho teve como principal objetivo realizar uma
análise térmica do carregamento de um conjunto de baterias de LiFePo4, com base em um
experimento conduzido pela Hion-Tecnologia para o desenvolvimento de um pack de baterias
destinado a empilhadeiras. A metodologia envolveu simulações no Ansys-Fluent, utilizando o
modelo NTGK. Essas simulações não apenas foram contrastadas com o experimento original,
mas também exploraram o efeito de simplificações no modelo, por exemplo a influência da
ausência dos cabos de carregamento das células, de desconsiderar o modelo de radiação e do
impacto da convecção forçada. Os resultados mostraram que a ausência de cabos aumentou o
desvio da temperatura das células em relação ao experimento e reflete menos a realidade por
ignorar fenômenos que ocorrem nos cabos (efeito joule, condução, convecção e radiação). Foi
visto que a radiação representa uma parcela significativa da troca de calor pelas laterais das
baterias e não deve ser desprezada. Na simulação onde foi aplicada a convecção forçada, a
temperatura máxima das baterias em 1 hora de carregamento foi reduzida em 6,85°C, em
comparação com o experimento, mantendo as células na faixa ideal de temperatura. No entanto,
é importante destacar que durante a aplicação real, o volume de ar no pack será muito menor
que na incubadora e a convecção forçada pode não ser tão eficaz
The transition to clean energy sources, especially in the transport sector, is gaining prominence due to growing concerns about climate change and pollution. The use of lithium batteries in electric vehicles is common, but their efficiency and safety depend on their ideal operating temperature. The main objective of this work was to carry out a thermal analysis of the charging of a set of LiFePo4 batteries, based on an experiment conducted by Hion- Tecnologia for the development of a battery pack intended for forklifts. The methodology involved simulations in Ansys-Fluent, using the NTGK model. These simulations were not only contrasted with the original experiment, but also explored the effect of simplifications in the model, for example the influence of the absence of cell charging cables, disregarding the radiation model and the impact of forced convection. The results showed that the absence of cables increased the temperature deviation of the cells in relation to the experiment and less reflects reality by ignoring phenomena that occur in cables (joule effect, conduction, convection and radiation). It was seen that radiation represents a significant portion of the heat exchange through the sides of the batteries and should not be neglected. In the simulation where forced convection was applied, the maximum temperature of the batteries in 1 hour of charging was reduced by 6.85°C, compared to the experiment, keeping the cells in the ideal temperature range. However, it is important to highlight that during actual application, the volume of air in the pack will be much smaller than in the incubator and forced convection may not be as effective
The transition to clean energy sources, especially in the transport sector, is gaining prominence due to growing concerns about climate change and pollution. The use of lithium batteries in electric vehicles is common, but their efficiency and safety depend on their ideal operating temperature. The main objective of this work was to carry out a thermal analysis of the charging of a set of LiFePo4 batteries, based on an experiment conducted by Hion- Tecnologia for the development of a battery pack intended for forklifts. The methodology involved simulations in Ansys-Fluent, using the NTGK model. These simulations were not only contrasted with the original experiment, but also explored the effect of simplifications in the model, for example the influence of the absence of cell charging cables, disregarding the radiation model and the impact of forced convection. The results showed that the absence of cables increased the temperature deviation of the cells in relation to the experiment and less reflects reality by ignoring phenomena that occur in cables (joule effect, conduction, convection and radiation). It was seen that radiation represents a significant portion of the heat exchange through the sides of the batteries and should not be neglected. In the simulation where forced convection was applied, the maximum temperature of the batteries in 1 hour of charging was reduced by 6.85°C, compared to the experiment, keeping the cells in the ideal temperature range. However, it is important to highlight that during actual application, the volume of air in the pack will be much smaller than in the incubator and forced convection may not be as effective