Análise do sistema de arrefecimento de um veículo elétrico de transporte coletivo

Abstract

Veículo Elétrico (Battery Electric Vehicle – BEV) é uma importante alternativa do segmento automotivo para mitigar as emissões de poluentes e, assim, contribuir para a redução dos gases de efeito estufa. Ainda assim, o desafio tecnológico de um BEV é a sua autonomia, que depende da eficiência das baterias, a qual está relacionada com a sua temperatura de operação. Uma vez especificada uma faixa de temperatura de funcionamento, um sistema de gerenciamento térmico de baterias (Battery Thermal Management System – BTMS) é projetado para manter essa condição durante o funcionamento do veículo. No entanto, a eficiência do BTMS depende das condições ambientes, o que também pode afetar a autonomia do veículo. Assim, de forma a contribuir para este desafio, o principal objetivo deste trabalho é avaliar o comportamento térmico de um BEV de uma fabricante multinacional de automóveis no segmento de veículos médios e pesados (Medium and Heavy Duty – MHD). Para isso, foram realizados testes com o veículo em condições ambientais de um país tropical (elevados níveis de temperatura ambiente e elevados níveis de radiação solar), em que a instrumentação embarcada monitorou o comportamento do BTMS ao longo de uma rota, registando dados de temperatura do fluido de arrefecimento, a vazão das bombas, a potência dos equipamentos do sistema de arrefecimento (ventilador do radiador, compressor e ventilador do condensador do chiller), bem como dados do GPS do veículo e a temperatura média das baterias. Em seguida, os níveis do BTMS foram analisados em detalhes pelo Coeficiente de Performance (COP) do BTMS e também devido à resistência térmica da parede da tubulação. A abordagem baseou-se na metodologia de Descoberta de Conhecimento em Bases de Dados (Knowledge Discovery in Databases – KDD) para o pré-processamento dos dados experimentais e na Análise Exploratória de Dados (Data Exploratory Analysis – DEA) dos sinais resultantes, suportada pelo desenvolvimento de software para automatizar os processos de pré-processamento de dados e criar interfaces gráficas do usuário amigáveis para a DEA, utilizando o software de computação científica open-source GNU Octave. Enfim, a partir da análise dos dados foi possível realizar a verificação e validação do BTMS do veículo analisado.

Battery Electric Vehicle (BEV) is an important alternative from automotive segment to mitigate the emissions and, therefore, contribute to reduce the greenhouse gases. Even so, the technological challenge of a BEV is their autonomy, which depends on the efficiency of the batteries, which is related to their operating temperature. Once an operating temperature range is specified, a Battery Thermal Management System (BTMS) is designed to maintain this condition during vehicle operation. However, the efficiency of the BTMS depends on the ambient conditions, which can also affect the vehicle autonomy. Thus, in order to contribute to this challenge, the main goal of this work is to evaluate the thermal behavior of a BEV from a multinational automaker in the Medium and Heavy Duty (MHD) segment. To this end, vehicle tests were carried out under ambient conditions of a tropical country (high levels of ambient temperature and high levels of solar radiation), in which the on-board instrumentation monitored the behavior of the BTMS along a route, recording coolant temperature data, the flow rate of the pumps, the power of the Cooling System equipment (radiator fan, Chiller compressor and condenser fan), as well as data from the GPS vehicle and the average temperature of the batteries. Then, the BTMS levels were analyzed in detail by Coefficient of Performance (COP) of the BTMS and also due to wall thermal resistance of the pipe. The approach was based on the Knowledge Discovery in Databases (KDD) methodology for preprocessing the experimental data and Data Exploratory Analysis (DEA) of the resulting signals, powered by software development for automating the data preprocessing processes and creating user-friendly graphical interfaces for DEA, using GNU Octave open-source scientific computing software. Finally, from the data analysis, it was possible to perform the verification and validation of the BTMS of the vehicle analyzed.