Análise numérica de sistemas de gerenciamento térmico de baterias para veículos elétricos

Abstract

O aumento da poluição ambiental estimula a substituição dos combustíveis fósseis por outras formas de geração de energia. Na indústria automotiva, a utilização de carros elétricos vem se mostrando uma alternativa viável, pois os motores elétricos não geram emissões poluentes. Entretanto, apesar de contribuir para a melhora da questão ambiental, essa tecnologia vem trazendo novos problemas para a engenharia, especialmente em relação às baterias de íon-lítio, as quais possuem limitações devido a sensibilidade à temperatura, necessitando de um sistema de resfriamento apropriado. Nesse sentido, este trabalho apresenta simulações de fluidodinâmica computacional no software de código aberto Open-source Field Operation and Manipulation (OpenFOAM), a fim de simular sistemas de resfriamento líquido de baterias fundamentados em dois casos distintos da literatura. Foram avaliados resultados de temperatura e perda de carga, considerando variações de geometria e sentido de escoamento, com o intuito de observar a capacidade de transferência de calor para cada sistema. No primeiro caso, baseado no artigo de Lan et al. (2016), o modelo de 4 canais foi mais eficiente, mantendo uma temperatura máxima da bateria de 300,675 K. Para o segundo caso, baseado no artigo de Liu et al. (2019), o modelo de contracorrente foi considerado mais adequado, pois manteve uma variação máxima de temperatura na bateria de 5,791 K.

The increase in environmental pollution encourages the replacement of fossil fuels by other forms of energy generation. In the automotive industry, the use of electric cars has proven to be a viable alternative, as electric motors don’t generate polluting emissions. However, despite being an environmental improvement, this technology has brought new problems to engineering, especially in relation to lithium-ion batteries, which have limitations due to temperature sensitivity, requiring an appropriate cooling system. This work presents simulations of computational fluid dynamics in the open source software Open-source Field Operation and Manipulation (OpenFOAM), in order to simulate liquid cooling systems for batteries based on two different cases of the literature. Temperature and pressure drop results were evaluated, considering variations in geometry and flow direction, in order to observe the heat transfer capacity for each system. In the first case, based on the article of Lan et al. (2016), the 4-channel model was more efficient, maintaining a maximum battery temperature of 300.675 K. For the second case, based on the article of Liu et al. (2019), the countercurrent model was considered more appropriate, as it maintained a maximum temperature variation in the battery of 5.791 K.