Use of vanadium redox flow batteries to store energy for fast charging electric vehicles in gas stations

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Cunha, Álvaro José Gonçalves da
Data de Publicação: 2013
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/1822/27495
Resumo: Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Mecânica
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spelling Use of vanadium redox flow batteries to store energy for fast charging electric vehicles in gas stations629.113.65Dissertação de mestrado integrado em Engenharia MecânicaThe expansion of car traffic and the expected growth of population for the next years have created serious environmental concerns about the dependence on fossil fuels, air pollution and emission of greenhouse gases. In this context, the electric mobility seems to be a good solution for minimize these problems. However, the actual time required to charge the batteries of these vehicles raises other questions about their usefulness. In order to reduce this time, the fast charge method is already available but a high contracted power is needed. On the other hand, the places where it is possible to allocate those chargers is also limited. So, in this work the use of fast charging stations in conjunction with Vanadium Redox Flow Batteries (VRFBs) is assessed. These batteries are charged during low electricity demand periods (at cheap rates) and then supply electricity for the fast charging of Electric Vehicles during electricity peak demand. They may be installed inside deactivated underground gas tanks at gas stations, which are normally located in practical and accessible locations for vehicles. Firstly, a thorough review of the current State of the Art of VRFBs has been done, detailing their genesis, the basic operation of the various existing designs and the current and future prospects of their application. Flow batteries have unique characteristics which make them especially attractive when compared with conventional batteries, such as their long life and their ability to decouple rated maximum power from rated energy capacity, as well as their greater flexibility of shape. Subsequently, a preliminary project of a VRFB system using the philosophy previously described, as well as its economic analysis has been performed. A sensitivity analysis showing the variation of the main output parameters as a function of the input parameters was also presented. Voltage, Current, Power and Pumping Power were predicted and an efficiency around 92% was obtained for a system to charge 26 cars per day. The economic analysis estimated parameters such as the Net Present Value and the Payback Time which have been predicted to be 33 806€ and 9,5 years, respectively, for a lifetime of 20 years.O aumento do tráfego automóvel e o crescimento populacional previsto para os próximos anos tem gerado preocupações ambientais sobre a dependência dos combustíveis fósseis, poluição do ar e emissão de gases de efeito de estufa. Neste contexto a mobilidade elétrica parece ser uma boa opção para minimizar estes problemas, no entanto atualmente o elevado tempo necessário para carregar as baterias destes veículos levanta questões sobre a sua utilidade. O método de carregamento rápido, que tem como objetivo de reduzir este tempo, já está disponível, no entanto é necessária uma elevada potência contratada, sendo os locais onde é possível colocar esses carregadores ainda limitados. Assim, neste trabalho é avaliado o uso de estações de carregamento rápido em conjunto com Baterias de Fluxo Vanádio Redox (VRFBs). Estas baterias são carregadas durante períodos de pouco consumo (a baixas taxas) para posteriormente fornecerem energia para carregar Veículos Elétricos durante horas de maior consumo de eletricidade. Estas baterias podem ser instaladas dentro de tanques de combustível subterrâneos desativados existentes nos postos de abastecimento de combustível, os quais estão normalmente situados em locais de fácil acesso a veículos. Em primeiro lugar, realizou-se uma revisão do estado da arte das VRFBs, detalhando a sua génese, o modo de operação de várias configurações existentes e as perspectivas atuais e futuras da sua aplicação. As baterias de fluxo possuem características que as tornam especialmente atrativas em comparação com as baterias convencionais, como o longo ciclo de vida, a independência entre potência máxima e capacidade, assim como a sua grande flexibilidade de forma. Realizou-se ainda um projeto preliminar de uma VRFB de acordo com o conceito anteriormente descrito, que incluiu a sua análise económica. Apresenta-se ainda uma análise de sensibilidade que mostra a variação dos principais parâmetros de output em função da variação dos parâmetros de input. A tensão, potência, corrente e potência de bombagem foram simuladas, tendo-se obtido um rendimento de 92% para um sistema que permite carregar 26 carros por dia. A análise de custos incluiu a estimativa de parâmetros como o Valor Atual Líquido (33 806€) e o Tempo de Recuperação (9,5 anos), para um ciclo de vida considerado de 20 anos.Martins, JorgeBrito, F. P.Universidade do MinhoCunha, Álvaro José Gonçalves da20132013-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/1822/27495eng201189429info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-07-21T12:43:28Zoai:repositorium.sdum.uminho.pt:1822/27495Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T19:40:56.885739Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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