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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/36173| Título: | Otimização multiobjetivo aplicada no projeto de um sistema de gerenciamento térmico de baterias de íons de lítio para veículos elétricos urbanos de pequeno porte |
| Título(s) alternativo(s): | Multi-objective optimization applied in the design of a lithium-ion battery thermal management system for small urban electric vehicles |
| Autor(es): | Werlich, Samuel Henrique |
| Orientador(es): | Borsato, Milton |
| Palavras-chave: | Baterias de íons de lítio Veículos elétricos Aprendizado do computador Simulação (Computadores) Algorítmos genéticos Controle de temperatura Sistemas CAD/CAM Lithium ion batteries Electric vehicles Machine learning Computer simulation Genetic algorithms Temperature control CAD/CAM systems |
| Data do documento: | 28-Nov-2024 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Curitiba |
| Citação: | WERLICH, Samuel Henrique. Otimização multiobjetivo aplicada no projeto de um sistema de gerenciamento térmico de baterias de íons de lítio para veículos elétricos urbanos de pequeno porte. 2025. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2024. |
| Resumo: | Os sistemas de gerenciamento térmico de baterias (BTMS) são a chave para controlar a temperatura de packs de baterias de íons de lítio. No caso de veículos elétricos, as células das baterias liberam uma grande quantidade de calor durante descarga em alta corrente e o acúmulo de calor vai agravando a diferença de temperatura entre elas. O excesso de calor pode trazer graves problemas de segurança e impactos negativos no desempenho do pack durante seu uso e em sua vida útil. Este trabalho apresenta o desenvolvimento e a avaliação de um método de otimização multiobjetivo para o projeto de um BTMS passivo utilizando materiais de mudança de fase (PCM) em veículos elétricos urbanos de pequeno porte. A justificativa para esta pesquisa reside na crescente demanda por soluções eficientes e econômicas para o gerenciamento térmico de baterias de íons de lítio, essenciais para o desempenho e a segurança dos veículos elétricos. O objetivo principal foi desenvolver um método que permita otimizar os parâmetros do BTMS para alcançar um equilíbrio entre controle térmico e eficiência operacional. O método aplicado incluiu uma revisão de literatura, elaboração de uma matriz da casa da qualidade, simulações numéricas com o software ANSYS Fluent, parametrização CAD, estudo de independência de malha, simulações multifísicas, e uma otimização multiobjetivo utilizando ANSYS DesignXplorer e modeFRONTIER. Os resultados mostraram que o uso de PCM é eficaz na estabilização da temperatura das baterias, reduzindo picos de calor e prolongando a vida útil, comparado a sistemas sem PCM. Além disso, este método de otimização tem potencial para aplicação em outras configurações de packs de baterias e diferentes produtos. Concluiu-se que o método proposto não só atende aos objetivos da pesquisa, mas também apresenta uma contribuição original e relevante ao campo de estudo, demonstrando a viabilidade de soluções baseadas em PCM para o gerenciamento térmico de baterias em veículos elétricos. Este trabalho reforça a importância de estratégias inovadoras no desenvolvimento de tecnologias mais eficientes e sustentáveis, alinhando-se às necessidades do mercado competitivo e às exigências ambientais contemporâneas. |
| Abstract: | Battery thermal management systems (BTMS) are key to controlling the temperature of lithium-ion battery packs. In the case of electric vehicles, battery cells release a large amount of heat during high-current discharge, and the accumulation of heat aggravates the temperature difference between them. Excessive heat can cause serious safety problems and negatively impact the performance of the pack during use and during its useful life. This work presents the development and evaluation of a multiobjective optimization method for the design of a passive BTMS using phase change materials (PCM) in small urban electric vehicles. The justification for this research lies in the growing demand for efficient and cost-effective solutions for the thermal management of lithium-ion batteries, which are essential for the performance and safety of electric vehicles. The main objective was to develop a method that allows optimizing the BTMS parameters to achieve a balance between thermal control and operational efficiency. The applied method included a literature review, elaboration of a quality house matrix, numerical simulations with ANSYS Fluent software, CAD parameterization, mesh independence study, multiphysics simulations, and a multiobjective optimization using ANSYS DesignXplorer and modeFRONTIER. The results showed that the use of PCM is effective in stabilizing battery temperatures, reducing heat spikes and extending battery life, compared to systems without PCM. Furthermore, this optimization method has potential for application in other battery pack configurations and different products. It was concluded that the proposed method not only meets the research objectives but also presents an original and relevant contribution to the field of study, demonstrating the feasibility of PCM-based solutions for the thermal management of batteries in electric vehicles. This work reinforces the importance of innovative strategies in the development of more efficient and sustainable technologies, aligning with the needs of the competitive market and contemporary environmental requirements. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/36173 |
| Aparece nas coleções: | CT - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais |
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