Modelagem computacional de um sistema de resfriamento para baterias em veículos elétricos

Abstract

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.