Método analítico para estimativa da temperatura interna em células cilíndricas de íon-lítio

Abstract

O estudo do desempenho térmico das células eletroquímicas é extremamente importante, pois afeta diretamente o desempenho e a vida útil dos equipamentos que as utilizam. O objetivo desta dissertação é estimar analiticamente a temperatura interna da célula cilíndrica de íon-lítio, por meio de um modelo termoelétrico em que seus parâmetros são obtidos empiricamente. Quando comparado com a literatura, o presente estudo contribui com algumas melhorias: o uso de uma resistência interna ôhmica corrigida em função dos ciclos de carga/descarga e, também, corrigida para diferentes taxas de descarga e a inclusão da radiação. Outra contribuição é a comparação do efeito de variáveis como número de ciclos, taxa de descarga, estado de carga e coeficiente de entropia na geração de calor interno na célula. Nas condições do experimento, a célula 38120HP foi colocada à temperatura ambiente de 308,15 K e a uma taxa de descarga de 2C, e após 600 ciclos nessas condições, foi possível verificar os efeitos do envelhecimento por meio da diminuição da resistência interna ôhmica e aumento da temperatura celular pós descarga. As temperaturas internas estimadas para o ciclo inicial de descarga foi de 344,40 K e para o último ciclo realizado foi 352,10 K. Já para a célula 18650HG2 colocada à temperatura ambiente de 298,15 K, verificou-se os efeitos da queda da resistência com o aumento das taxas de descarga, e os valores das temperaturas interna estimada foram de 370,35 K para 2C e 423,11 K para 6,7C.

The study of the thermal performance of electrochemical cells is extremely important, as it directly affects the performance and useful life of the equipment that uses them. The objective of this dissertation is to analytically estimate the internal temperature of the lithium-ion cylindrical cell, using a thermo-electric model in which its parameters are obtained empirically. When compared with the literature, the present study contributes with some improvements: the use of an internal ohmic resistance corrected according to the charge / discharge cycles and, also, corrected for different discharge rates and the inclusion of radiation. Another contribution is the comparison of the effect of variables such as number of cycles, discharge rate, charge state and entropy coefficient in the generation of internal heat in the cell. Under the conditions of the experiment, the cell 38120HP was placed at an ambient temperature of 308,15 K and at a discharge rate of 2C, and after 600 cycles under these conditions, it was possible to verify the effects of aging by decreasing the internal ohmic resistance and increasing the cell temperature after the discharge phase. The internal temperature estimated for the initial discharge cycle was 344.40 K and for the last cycle carried out it was 352.10 K. As for the 18650HG2 cell placed at an ambient temperature of 298,15 K, the effects of the drop in resistance were verified as the discharge rates increased, and the estimated internal temperature values were 370.35 K for 2C and 423.11 K for 6.7C