Análise do desempenho e estratégias de gerenciamento térmico em baterias de LIFEPO₄ para operação em ambientes frigoríficos

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2025
Autor(a) principal: Machado, Lucas Melo
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul
Escola Politécnica
Brasil
PUCRS
Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Tecnologia de Materiais
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Baterias de Íons de Lítio
Gerenciamento Térmico
Baixa Temperatura
LiFePO₄
Desempenho de Baterias
ENGENHARIAS
Link de acesso: https://tede2.pucrs.br/tede2/handle/tede/11804
Resumo: O uso de baterias de íons de lítio tem se expandido nos últimos anos e cada vez mais em aplicações industriais devido à sua alta densidade energética e durabilidade, contudo, o desempenho dessas baterias pode ser severamente comprometido em ambientes com temperaturas baixas, como câmaras frigoríficas. Esta dissertação investigou os efeitos das baixas temperaturas sobre o desempenho de células de LiFePO₄ e propôs uma solução de gerenciamento térmico viável e acessível. Inicialmente, foram realizados ensaios com células unitárias, nas quais observou-se uma perda de até 23,3% da capacidade de descarga a -20°C. Posteriormente, foi projetado e ensaiado um sistema de aquecimento com controle PI-PWM, aliado a isolamento térmico interno da caixa, aplicado em uma bateria de 24 V e 30 Ah. Os ensaios utilizaram normas como referência de metodologia e demonstraram que, mesmo sob ambiente de baixa temperatura de -20°C, a bateria manteve sua temperatura interna entre 10°C e 25°C, com desempenho das células próximo ao nominal, apresentando perda de apenas 1,83% da capacidade. Além disso, o isolamento foi eficaz em reter o calor gerado pelas células durante a descarga, contribuindo para a redução da resistência interna e melhoria da eficiência da bateria. Os resultados obtidos validam a eficácia do gerenciamento térmico proposto, evidenciando sua aplicabilidade em empilhadeiras elétricas que operam em ambientes frios. A pesquisa contribui para o avanço tecnológico no uso de baterias de íons de lítio em condições ambientais adversas, ampliando sua confiabilidade e segurança.
id P_RS_96a4ad5e86c87be8a4326311a432e786
oai_identifier_str oai:tede2.pucrs.br:tede/11804
network_acronym_str P_RS
network_name_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RS
repository_id_str
spelling Análise do desempenho e estratégias de gerenciamento térmico em baterias de LIFEPO₄ para operação em ambientes frigoríficosBaterias de Íons de LítioGerenciamento TérmicoBaixa TemperaturaLiFePO₄Desempenho de BateriasENGENHARIASO uso de baterias de íons de lítio tem se expandido nos últimos anos e cada vez mais em aplicações industriais devido à sua alta densidade energética e durabilidade, contudo, o desempenho dessas baterias pode ser severamente comprometido em ambientes com temperaturas baixas, como câmaras frigoríficas. Esta dissertação investigou os efeitos das baixas temperaturas sobre o desempenho de células de LiFePO₄ e propôs uma solução de gerenciamento térmico viável e acessível. Inicialmente, foram realizados ensaios com células unitárias, nas quais observou-se uma perda de até 23,3% da capacidade de descarga a -20°C. Posteriormente, foi projetado e ensaiado um sistema de aquecimento com controle PI-PWM, aliado a isolamento térmico interno da caixa, aplicado em uma bateria de 24 V e 30 Ah. Os ensaios utilizaram normas como referência de metodologia e demonstraram que, mesmo sob ambiente de baixa temperatura de -20°C, a bateria manteve sua temperatura interna entre 10°C e 25°C, com desempenho das células próximo ao nominal, apresentando perda de apenas 1,83% da capacidade. Além disso, o isolamento foi eficaz em reter o calor gerado pelas células durante a descarga, contribuindo para a redução da resistência interna e melhoria da eficiência da bateria. Os resultados obtidos validam a eficácia do gerenciamento térmico proposto, evidenciando sua aplicabilidade em empilhadeiras elétricas que operam em ambientes frios. A pesquisa contribui para o avanço tecnológico no uso de baterias de íons de lítio em condições ambientais adversas, ampliando sua confiabilidade e segurança.The use of lithium-ion batteries has expanded significantly in recent years, increasingly in industrial applications due to their high energy density and durability. However, battery performance can be severely compromised in low-temperature environments such as refrigerated chambers. This dissertation investigated the effects of low temperatures on the performance of LiFePO₄ cells and proposed a viable and accessible thermal management solution. Initial tests with individual cells revealed up to 23.3% capacity loss at -20°C. Subsequently, a PI-PWM controlled heating system combined with internal thermal insulation was designed and tested on a 24V 30Ah battery pack. Following standardized testing methodologies, the experiments demonstrated that even in -20°C environments, the battery maintained an internal temperature between 10°C and 25°C, with cell performance near nominal levels, showing only 1.83% capacity loss. The insulation effectively retained heat generated during discharge, contributing to reduced internal resistance and improved battery efficiency. The results validate the effectiveness of the proposed thermal management system, demonstrating its applicability for electric forklifts operating in cold environments. This research contributes to technological advancements in lithium-ion battery use under adverse environmental conditions, enhancing their reliability and safety.Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do SulEscola PolitécnicaBrasilPUCRSPrograma de Pós-Graduação em Engenharia e Tecnologia de MateriaisPires, Marçalhttp://lattes.cnpq.br/2495957476572303Machado, Lucas Melo2025-09-29T16:38:28Z2025-08-26info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttps://tede2.pucrs.br/tede2/handle/tede/11804porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RSinstname:Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUCRS)instacron:PUC_RS2025-09-30T15:00:19Zoai:tede2.pucrs.br:tede/11804Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://tede2.pucrs.br/tede2/PRIhttps://tede2.pucrs.br/oai/requestbiblioteca.central@pucrs.br||opendoar:2025-09-30T15:00:19Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RS - Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUCRS)false
dc.title.none.fl_str_mv Análise do desempenho e estratégias de gerenciamento térmico em baterias de LIFEPO₄ para operação em ambientes frigoríficos
title Análise do desempenho e estratégias de gerenciamento térmico em baterias de LIFEPO₄ para operação em ambientes frigoríficos
spellingShingle Análise do desempenho e estratégias de gerenciamento térmico em baterias de LIFEPO₄ para operação em ambientes frigoríficos
Machado, Lucas Melo
Baterias de Íons de Lítio
Gerenciamento Térmico
Baixa Temperatura
LiFePO₄
Desempenho de Baterias
ENGENHARIAS
title_short Análise do desempenho e estratégias de gerenciamento térmico em baterias de LIFEPO₄ para operação em ambientes frigoríficos
title_full Análise do desempenho e estratégias de gerenciamento térmico em baterias de LIFEPO₄ para operação em ambientes frigoríficos
title_fullStr Análise do desempenho e estratégias de gerenciamento térmico em baterias de LIFEPO₄ para operação em ambientes frigoríficos
title_full_unstemmed Análise do desempenho e estratégias de gerenciamento térmico em baterias de LIFEPO₄ para operação em ambientes frigoríficos
title_sort Análise do desempenho e estratégias de gerenciamento térmico em baterias de LIFEPO₄ para operação em ambientes frigoríficos
author Machado, Lucas Melo
author_facet Machado, Lucas Melo
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Pires, Marçal
http://lattes.cnpq.br/2495957476572303
dc.contributor.author.fl_str_mv Machado, Lucas Melo
dc.subject.por.fl_str_mv Baterias de Íons de Lítio
Gerenciamento Térmico
Baixa Temperatura
LiFePO₄
Desempenho de Baterias
ENGENHARIAS
topic Baterias de Íons de Lítio
Gerenciamento Térmico
Baixa Temperatura
LiFePO₄
Desempenho de Baterias
ENGENHARIAS
description O uso de baterias de íons de lítio tem se expandido nos últimos anos e cada vez mais em aplicações industriais devido à sua alta densidade energética e durabilidade, contudo, o desempenho dessas baterias pode ser severamente comprometido em ambientes com temperaturas baixas, como câmaras frigoríficas. Esta dissertação investigou os efeitos das baixas temperaturas sobre o desempenho de células de LiFePO₄ e propôs uma solução de gerenciamento térmico viável e acessível. Inicialmente, foram realizados ensaios com células unitárias, nas quais observou-se uma perda de até 23,3% da capacidade de descarga a -20°C. Posteriormente, foi projetado e ensaiado um sistema de aquecimento com controle PI-PWM, aliado a isolamento térmico interno da caixa, aplicado em uma bateria de 24 V e 30 Ah. Os ensaios utilizaram normas como referência de metodologia e demonstraram que, mesmo sob ambiente de baixa temperatura de -20°C, a bateria manteve sua temperatura interna entre 10°C e 25°C, com desempenho das células próximo ao nominal, apresentando perda de apenas 1,83% da capacidade. Além disso, o isolamento foi eficaz em reter o calor gerado pelas células durante a descarga, contribuindo para a redução da resistência interna e melhoria da eficiência da bateria. Os resultados obtidos validam a eficácia do gerenciamento térmico proposto, evidenciando sua aplicabilidade em empilhadeiras elétricas que operam em ambientes frios. A pesquisa contribui para o avanço tecnológico no uso de baterias de íons de lítio em condições ambientais adversas, ampliando sua confiabilidade e segurança.
publishDate 2025
dc.date.none.fl_str_mv 2025-09-29T16:38:28Z
2025-08-26
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv https://tede2.pucrs.br/tede2/handle/tede/11804
url https://tede2.pucrs.br/tede2/handle/tede/11804
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul
Escola Politécnica
Brasil
PUCRS
Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Tecnologia de Materiais
publisher.none.fl_str_mv Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul
Escola Politécnica
Brasil
PUCRS
Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Tecnologia de Materiais
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RS
instname:Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUCRS)
instacron:PUC_RS
instname_str Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUCRS)
instacron_str PUC_RS
institution PUC_RS
reponame_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RS
collection Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RS
repository.name.fl_str_mv Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RS - Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUCRS)
repository.mail.fl_str_mv biblioteca.central@pucrs.br||
_version_ 1850041320250277888

Registros relacionados