Análise de transferência de calor do acumulador de um veículo elétrico de competição

Abstract

O desenvolvimento de carros elétricos demanda o estudo de sistemas de arrefecimento do banco de baterias para evitar a degradação das células e garantir a operação segura. Neste trabalho é feita uma análise da transferência de calor de uma proposta de sistema de arrefecimento do acumulador de um protótipo de competição tipo Formula SAE. Um modelo numérico de um setor de baterias encamisado em um bloco metálico dotado de um tubo para passagem de fluido refrigerante foi desenvolvido e implementado através do pacote computacional CFX. Resultados da solução do modelo foram comparados com dados experimentais obtidos para este fim. A simulação do sistema foi realizada para analisar a influência da variação da vazão e temperatura do fluido refrigerante, da temperatura inicial do conjunto e da resistência de condução nas interfaces bloco-célula e bloco-tubo. O modelo numérico foi utilizado para verificar a influência de diferentes condições de operação sobre a temperatura das células. Os resultados indicaram a viabilidade de desenvolvimento do sistema com uso de bombas disponíveis comercialmente. Também apontou para a vantagem de se desenvolver o projeto do bloco e tubo como peça única.

The development of electric cars requires the study of battery cooling systems to prevent cell degradation and ensure safe operation. In this work an analysis of the heat transfer of a proposed accumulator cooling system of a Formula SAE competition prototype is made. A numerical model of a battery sector encased in a metal block with a tube for the passage of coolant was developed and implemented using the CFX computational package. Results of the model solution were compared with experimental data obtained for this purpose. The system simulation was carried out to analyze the influence of the variation in the flow and temperature of the refrigerant, the initial temperature of the set and the conduction resistance in the blockcell and block-tube interfaces. The numerical model was used to verify the influence of different operating conditions on cell temperature. The results indicated the feasibility of developing the system using commercially available pumps. He also pointed to the advantage of developing the block and tube design as a single piece.