Modelagem computacional de um sistema de resfriamento para baterias em veículos elétricos
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Data de Publicação: | 2023 |
Outros Autores: | |
Tipo de documento: | Trabalho de conclusão de curso |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da Universidade Federal Fluminense (RIUFF) |
Texto Completo: | http://app.uff.br/riuff/handle/1/29793 |
Resumo: | A Fórmula SAE EV está presente ao redor de todo o mundo e é uma competição entre universidades onde os participantes são alunos de graduação que devem projetar e fabricar um protótipo de veículo elétrico de corrida. Um dos componentes críticos dos veículos elétricos é o banco de baterias responsável por fornecer energia para todo o carro, mas principalmente ao sistema de tração. Tanto durante o carregamento quanto durante o fornecimento de energia ao motor, as baterias dissipam altos níveis de calor. O superaquecimento pode afetar não só a vida das baterias, mas também o seu rendimento. Por este motivo, é extremamente importante desenvolver tecnologia para assegurar o controle da temperatura dentro dos limites determinados pelo fabricante e pelo regulamento da competição, que adota tais controles por motivos de segurança. O protótipo da Faraday, que representa a Universidade Federal Fluminense (UFF), é da categoria Fórmula SAE elétrico e atualmente utiliza-se do ar para realizar o resfriamento dos diferentes componentes do veículo durante as competições. Desta forma, o presente trabalho busca avaliar diferentes estratégias de direcionamento de fluxo de ar sobre o banco de baterias para evitar o superaquecimento dos componentes elétricos presentes dentro do container do acumulador do protótipo. Para isto, será construído um modelo CAD para efetuar análises fluidodinâmicas e termodinâmicas acopladas, pelo método dos elementos finitos e assistidas por um software de análise multifísica. Serão avaliados dois cenários, a dez e a vinte metros por segundo de velocidade, para verificar os efeitos da pressão aerodinâmica, das linhas de fluxo de ar, e da variação de temperatura na área do container de baterias do protótipo, através da adição de elementos aerodinâmicos que visam aumentar o resfriamento na zona do banco de baterias. Finalmente, a avaliação leva também em consideração diferentes parâmetros financeiros, de disponibilidade de materiais, complexidade de manufatura e manutenção de componentes para adequar-se à realidade do projeto da Faraday E-Racing. |
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Modelagem computacional de um sistema de resfriamento para baterias em veículos elétricosVeículo ElétricoBanco de BateriasResfriamentoModelagem ComputacionalControle de temperaturaFluidodinâmica computacionalTermodinâmica computacionalElectric VehicleBattery PackCoolingComputational ModelingA Fórmula SAE EV está presente ao redor de todo o mundo e é uma competição entre universidades onde os participantes são alunos de graduação que devem projetar e fabricar um protótipo de veículo elétrico de corrida. Um dos componentes críticos dos veículos elétricos é o banco de baterias responsável por fornecer energia para todo o carro, mas principalmente ao sistema de tração. Tanto durante o carregamento quanto durante o fornecimento de energia ao motor, as baterias dissipam altos níveis de calor. O superaquecimento pode afetar não só a vida das baterias, mas também o seu rendimento. Por este motivo, é extremamente importante desenvolver tecnologia para assegurar o controle da temperatura dentro dos limites determinados pelo fabricante e pelo regulamento da competição, que adota tais controles por motivos de segurança. O protótipo da Faraday, que representa a Universidade Federal Fluminense (UFF), é da categoria Fórmula SAE elétrico e atualmente utiliza-se do ar para realizar o resfriamento dos diferentes componentes do veículo durante as competições. Desta forma, o presente trabalho busca avaliar diferentes estratégias de direcionamento de fluxo de ar sobre o banco de baterias para evitar o superaquecimento dos componentes elétricos presentes dentro do container do acumulador do protótipo. Para isto, será construído um modelo CAD para efetuar análises fluidodinâmicas e termodinâmicas acopladas, pelo método dos elementos finitos e assistidas por um software de análise multifísica. Serão avaliados dois cenários, a dez e a vinte metros por segundo de velocidade, para verificar os efeitos da pressão aerodinâmica, das linhas de fluxo de ar, e da variação de temperatura na área do container de baterias do protótipo, através da adição de elementos aerodinâmicos que visam aumentar o resfriamento na zona do banco de baterias. Finalmente, a avaliação leva também em consideração diferentes parâmetros financeiros, de disponibilidade de materiais, complexidade de manufatura e manutenção de componentes para adequar-se à realidade do projeto da Faraday E-Racing.FAPERJLaboratório de Mecánica de Sólidos LMS, do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica da COPPE UFRJThe Formula SAE EV is present all around the world and it is a competition among universities where participants are undergraduate students who must design and manufacture a racing prototype of an electric vehicle (EV). One of the critical components of electric vehicles is the battery pack responsible for supplying power to the entire car, especially to the powertrain system. During both charging and power supply to the motor, batteries generate high levels of heat and overheating is a worry that not only affects the battery's lifespan but also its efficiency. Therefore, it is extremely important to develop technology that ensures temperature control within limits set by the manufacturer and the competition regulations, which demand safety considerations. The Faraday prototype made at the Federal Fluminense University (UFF), belongs to the electric category of Formula SAE and currently utilizes air cooling for various vehicle components during competitions. This research aims to evaluate different strategies for directing airflow over the battery pack to prevent overheating of the electrical components inside the prototype's battery container. To achieve this, a CAD model will be designed for fluid dynamic and thermodynamic analysis coupled with the Finite Element Method and assisted by multiphysics analysis software. Two scenarios will be evaluated, at ten and twenty meters per second speed, to verify the effects of aerodynamic pressure, air flow lines, and temperature variation in the prototype battery container area, through the addition of elements of aerodynamics that aim to increase cooling in the battery bank area. Finally, the evaluation also takes into account different financial parameters, material availability, manufacturing complexity, and component maintenance to adapt to the reality of the Faraday E-Racing project.78 p.Bernadá, Gabriel Mario Guerrahttp://lattes.cnpq.br/8995881694561450Domingues, Stella Maris Pireshttp://lattes.cnpq.br/2966026286742480Pinheiro, Isabela Florindohttp://lattes.cnpq.br/4244258573417514https://lattes.cnpq.br/8147971703169423https://lattes.cnpq.br/1548833512489603Balthar, Guilherme de CastroSilva, Bruno Costa2023-08-04T15:52:38Z2023-08-04T15:52:38Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisapplication/pdfapplication/pdfapplication/pdfBALTHAR, Guilherme de Castro; SILVA, Bruno Costa. Modelagem computacional de um sistema de resfriamento para baterias em veículos elétricos. 2023. 78 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica) - Escola de Engenharia, Universidade Federal Fluminense, Niterói, 2023http://app.uff.br/riuff/handle/1/29793CC-BY-SAinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal Fluminense (RIUFF)instname:Universidade Federal Fluminense (UFF)instacron:UFF2023-08-04T15:52:42Zoai:app.uff.br:1/29793Repositório InstitucionalPUBhttps://app.uff.br/oai/requestriuff@id.uff.bropendoar:21202024-08-19T11:05:45.227183Repositório Institucional da Universidade Federal Fluminense (RIUFF) - Universidade Federal Fluminense (UFF)false |
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