Otimização de um sistema de gerenciamento de calor baseado em ar para baterias de íons de lítio cobertas de material particulado empoeirado

Resumo

Aqui, apresentamos o método de recozimento simulado adaptativo (ASAM) para otimizar um modelo de superfície de resposta quadrática aproximada (QRSM) correspondente a um sistema de gerenciamento de calor de bateria coberto de material particulado empoeirado e preencher as quedas de temperatura ajustando a combinação de velocidades de fluxo de ar das entradas do sistema.

Resumo

Este estudo visa resolver o problema do aumento da temperatura celular e declínio de desempenho causado por material particulado empoeirado que cobre a superfície da célula através da alocação de velocidades de fluxo de ar nas entradas da caixa de resfriamento da bateria sob o objetivo de baixo consumo de energia. Tomamos a temperatura máxima da bateria em uma velocidade de fluxo de ar especificada e ambiente livre de poeira como a temperatura esperada em um ambiente empoeirado. A temperatura máxima da bateria em um ambiente empoeirado é resolvida em diferentes velocidades de fluxo de ar de entrada, que são as condições de contorno do modelo de análise construído no software de simulação. As matrizes que representam as diferentes combinações de velocidades de entrada do fluxo de ar são geradas aleatoriamente através do algoritmo de hipercubo latino ótimo (OLHA), onde os limites inferior e superior das velocidades correspondentes às temperaturas acima da temperatura desejada são definidos no software de otimização. Estabelecemos um QRSM aproximado entre a combinação de velocidades e a temperatura máxima usando o módulo de ajuste do software de otimização. O QRSM é otimizado com base no ASAM, e o resultado ótimo está em boa concordância com o resultado da análise obtida pelo software de simulação. Após a otimização, o fluxo da entrada média é alterado de 5,5 m/s para 5 m/s, e a velocidade total do fluxo de ar é reduzida em 3%. O protocolo aqui apresentado apresenta um método de otimização considerando simultaneamente o consumo de energia e o desempenho térmico do sistema de gerenciamento de baterias que foi estabelecido, e pode ser amplamente utilizado para melhorar o ciclo de vida da bateria com o mínimo custo operacional.

Introdução

Com o rápido desenvolvimento da indústria automobilística, os veículos a combustível tradicionais consomem muitos recursos não renováveis, resultando em grave poluição ambiental e escassez de energia. Uma das soluções mais promissoras é o desenvolvimento de veículos elétricos (VEs)^1,2.

As baterias de energia usadas para veículos elétricos podem armazenar energia eletroquímica, que é a chave para substituir os veículos a combustível tradicionais. As baterias de potência usadas em veículos elétricos incluem bateria de íons de lítio (LIB), bateria de níquel-hidreto metálico (NiMH) e capacitor elétrico de camada dupla (EDLC)³. Comparadas às outras baterias, as baterias de íons de lítio são atualmente amplamente utilizadas como unidades de armazenamento de energia em veículos elétricos devido às suas vantagens, como alta densidade energética, alta eficiência e longo ciclo de vida 4,5,6,7.

No entanto, devido ao calor de reação química e ao calor Joule, é fácil acumular uma grande quantidade de calor e aumentar a temperatura da bateria durante o carregamento rápido e a descarga de alta intensidade. A temperatura ideal de operação da LIB é de 20-40 °C ^8,9. A diferença de temperatura máxima entre as baterias de uma corda de bateria não deve exceder 5 °C^10,11. Caso contrário, pode levar a uma série de riscos, como desequilíbrio de temperatura entre as baterias, envelhecimento acelerado, até superaquecimento, incêndio, explosão, e assim por diante¹². Portanto, a questão crítica a ser resolvida é projetar e otimizar um sistema eficiente de gerenciamento térmico da bateria (BTMS) que possa controlar a diferença de temperatura e temperatura da bateria dentro de um estreito.

Os BTMS típicos incluem resfriamento a ar, resfriamento a água e resfriamento de material de mudança de fase¹³. Dentre esses métodos de resfriamento, o tipo de resfriamento a ar é amplamente utilizado devido ao seu baixo custo e simplicidade da estrutura¹⁴. Devido à limitada capacidade térmica específica do ar, altas temperaturas e grandes diferenças de temperatura são fáceis de ocorrer entre células de bateria em sistemas refrigerados a ar. Para melhorar o desempenho de resfriamento do BTMS refrigerado a ar, é necessário projetar um sistema eficiente 15,16,17. Qian et ^al.18 coletaram a temperatura máxima e a diferença de temperatura da bateria para treinar o modelo de rede neural bayesiana correspondente, que é usado para otimizar os espaçamentos celulares da bateria resfriada a ar da série. Chen et ^al.19 relataram o uso do método de Newton e do modelo de rede de resistência ao fluxo para otimização das larguras do plenum de divergência de entrada e do plenum de convergência de saída no sistema paralelo refrigerado a ar tipo Z. Os resultados mostraram uma redução de 45% na diferença de temperatura do sistema. Liu et ^al.20 amostraram cinco grupos de dutos de resfriamento no J-BTMS e obtiveram a melhor combinação de espaçamentos celulares pelo algoritmo de otimização baseado em ensemble surrogate. Baveja et ^al.21 modelaram um módulo de bateria passivamente balanceado, e o estudo descreveu os efeitos da predição térmica no balanceamento passivo em nível de módulo e vice-versa. Singh et ^al.22 investigaram um sistema de gerenciamento térmico de baterias (BTMS) que usava material encapsulado de mudança de fase juntamente com resfriamento de ar convectivo forçado projetado usando a modelagem eletroquímico-térmica acoplada. Fan et ^al.23 propuseram uma placa de resfriamento líquido compreendendo uma configuração de válvula Tesla de vários estágios para fornecer uma faixa de temperatura mais segura para uma bateria de íons de lítio do tipo prismática com alto reconhecimento em aplicações microfluídicas. Feng e col. ²⁴ utilizaram o método do coeficiente de variação para avaliar os esquemas com diferentes vazões de entrada e folgas das baterias. Talele et ^al.25 introduziram o isolamento térmico de revestimento pirotécnico aprimorado de parede para armazenar o aquecimento potencial gerado com base na colocação ideal de filmes de aquecimento.

Quando se usa BTMS de resfriamento a ar, partículas de poeira metálica, partículas de poeira mineral, partículas de poeira de materiais de construção e outras partículas no ambiente externo serão trazidas para o BTMS de resfriamento a ar pelo soprador, o que pode fazer com que a superfície das baterias seja coberta com DPM. Se não houver um plano de dissipação de calor, pode causar acidentes devido à temperatura excessivamente alta da bateria. Após a simulação, tomamos a temperatura máxima da bateria em uma velocidade de fluxo de ar especificada e ambiente livre de poeira como a temperatura esperada em um ambiente empoeirado. Primeiro, C-rate refere-se ao valor atual necessário quando a bateria libera sua capacidade nominal dentro do tempo especificado, que é igual a um múltiplo da capacidade nominal da bateria no valor de dados. Neste trabalho, a simulação utiliza a taxa de descarga de 2C. A capacidade nominal é de 10 Ah, e a tensão nominal é de 3,2 V. O fosfato de ferro de lítio (LiFePO4) é usado como o material do eletrodo positivo, e o carbono é usado como o material do eletrodo negativo. O eletrólito tem sal de lítio eletrolítico, um solvente orgânico de alta pureza, aditivos necessários e outras matérias-primas. A matriz aleatória representando as diferentes combinações de velocidades nas entradas foi determinada através do OLHA, e uma função de 2ª ordem entre a temperatura máxima da bateria e a combinação de velocidades de fluxo de entrada foi configurada sob a condição de verificar a precisão do ajuste da curva. Desenhos de hipercubos latinos (LH) têm sido aplicados em muitos experimentos computacionais desde que foram propostos por McKay et ^al.26. Um LH é dado por uma matriz N x p L, onde cada coluna de L consiste de uma permutação dos inteiros 1 a N. Neste artigo, o método ótimo de amostragem de hipercubo latino é usado para reduzir a carga computacional. O método utiliza amostragem estratificada para garantir que os pontos de amostragem possam abranger todos os elementos internos de amostragem.

Na etapa seguinte, a combinação de velocidade de fluxo de entrada foi otimizada para diminuir a temperatura máxima da bateria em um ambiente empoeirado baseado no ASAM sob a condição de considerar o consumo de energia simultaneamente. O algoritmo de recozimento simulado adaptativo tem sido extensivamente desenvolvido e amplamente utilizado em muitos problemas de otimização^27,28. Este algoritmo pode evitar ficar preso em um ótimo local, aceitando a pior solução com uma certa probabilidade. O ótimo global é alcançado pela definição da probabilidade de aceitação e temperatura; A velocidade de cálculo também pode ser ajustada usando esses dois parâmetros. Finalmente, para verificar a precisão da otimização, o resultado ótimo foi comparado com o resultado da análise obtido do software de simulação.

Neste trabalho, um método de otimização para a vazão de entrada da caixa de bateria é proposto para a bateria cujo aumento de temperatura devido à cobertura de poeira. O objetivo é reduzir a temperatura máxima da bateria coberta de poeira para abaixo da temperatura máxima da bateria não coberta de poeira, no caso de baixo consumo de energia.

Protocolo

NOTA: O roteiro de tecnologia de pesquisa é mostrado na Figura 1, onde o software de modelagem, simulação e otimização é usado. Os materiais necessários são mostrados na Tabela de Materiais.

1. Criando o modelo 3D

NOTA: Usamos o Solidworks para criar o modelo 3D.

1. Desenhe um retângulo de 252 mm x 175 mm, clique em Extrude Boss/Base e digite 73. Crie um novo plano a 4 mm da superfície externa.
2. Desenhe um retângulo de 131 mm x 16 mm e clique em Padrão de esboço linear. Insira 22 e 6 no espaçamento e no número de instâncias, respectivamente. Selecione todos os quatro lados do retângulo e clique em OK. Digite 180 no ângulo e execute-o novamente. Esta etapa é para simetria no centro do modelo.
3. Clique em Extrude Cut, digite 65 e clique em OK. Clique em Extrude Boss/Base e digite 65, desmarque Resultado de mesclagem e clique em Inverter direção e OK.
   Observação : quando o resultado de mesclagem é desmarcado, a entidade estendida torna-se uma entidade separada. São 23 peças no total, incluindo 11 baterias, 11 material particulado empoeirado e 1 domínio aéreo.
4. Desenhe um retângulo de 16 mm x 1 mm. Repita as etapas 1.2 e 1.3.
5. Desenhe um retângulo de 63 mm x 15 mm, clique na borda superior do retângulo e em Linear Sketch Pattern. Digite 21, 3 e 270 e clique em OK. Clique em Dividir linha e na face do cubo, clique em OK.
6. Desenhe um retângulo de 63 mm x 15 mm. Clique em Dividir linha e na face do cubo, clique em OK.
7. Clique em Arquivo e salve-o como um arquivo X_T.
   NOTA: O tamanho especificado:_{L caixa}: 73 mm; _Caixa W: 252 milímetros; _{Caixa H}: 175 milímetros; L_b, L_d: 65 milímetros; W_b, W_d: 10 milímetros; H_b: 131 milímetros; H_d: 1 milímetro; L_i: 63 milímetros; W_i: 15 milímetros; d₁, d₂:5 mm, d₃:6 mm é mostrado na Figura 2.
8. Arraste o componente de malha clicando em Caixa de Ferramentas > Sistemas de Componentes > Malha para a zona esquemática do projeto. Importe o arquivo de X_T salvo anteriormente clicando em Geometria.
9. Entre na janela do modelador de design de malha e o modelo da bateria, incluindo 23 partes como corpos independentes, é exibido novamente clicando em Gerar.
10. Selecione todas as 23 partes da bateria para ser uma nova parte nomeada como parte da bateria, todas as partículas empoeiradas de 23 partes como parte de poeira e cavidade de ar como parte de ar, no contorno da árvore para a conveniência de ocultar e nomear objetos subsequentes.
11. Primeiro, clique com o botão direito do mouse em BatteryPart e DustPart e selecione a opção Ocultar parte para que o pop-up mostre apenas a parte aérea.
12. Mova o mouse para a barra de ferramentas de seleção para selecionar Filtro de seleção: corpos, clique com o botão direito do mouse no modelo de cavidade de ar na zona gráfica para selecionar Seleção nomeada e renomeie o modelo de cavidade de ar na zona de exibição de detalhes como domínio de ar.
13. Alternar para Filtro de seleção: Faces, clique com o botão direito do mouse e renomeie a superfície que foi dividida em três partes, de baixo para cima, como entrada1, entrada2 e entrada3, a superfície separada à direita dessas três faces é chamada de saída, a superfície externa restante é chamada de outerBorder, respectivamente.
14. Mude o modo Select para o Box Select, clique no eixo Y para obter a visão adequada do modelo de cavidade de ar para a conveniência de selecionar caixa, renomear e numerar todas as superfícies internas como superfície de cavidade1 para superfície de cavidade11 usando a seleção de caixa.
15. Para mostrar apenas a batteryPart, clique com o botão direito do mouse em airPart e selecione Ocultar peça. Clique com o botão direito do mouse em batteryPart e selecione Mostrar peça no menu de atalho pop-up.
16. Mova o mouse para a barra de ferramentas de seleção para selecionar Filtro de seleção: Corpos, alterne o Modo de seleção para Seleção única, clique com o botão direito do mouse em Cada modelo de bateria na zona Gráficos para selecionar a Seleção nomeada, renomeie e numere os 11 modelos de bateria na zona de exibição de detalhes como batteryDomain1 para batteryDomain11, respectivamente.
17. Além disso, cada modelo de bateria tem seis lados, em seguida, mude para Filtro de seleção: faces, clique com o botão direito do mouse em cada lado da bateria numeradaDomínios para selecionar Seleção nomeada e renomeá-los de acordo com a orientação do lado da bateria. Por exemplo, renomeie seis lados da bateriaDomain1 numerada como batteryDomain1_Upper, batteryDomain1_Lower, batteryDomain1_Left, batteryDomain1_Right, batteryDomain1_Front e batteryDomain1_Back.
18. Para mostrar apenas o dustPart, clique com o botão direito do mouse em batteryPart e selecione Ocultar peça. Clique com o botão direito do mouse em dustPart e selecione Mostrar peça no menu de atalho pop-up.
19. Mova o mouse para a barra de ferramentas de seleção para selecionar o Filtro de seleção: corpos, clique com o botão direito do mouse em cada modelo de material particulado empoeirado na zona Gráficos para selecionar Seleção nomeada, renomeie e numere os 11 modelos de material particulado empoeirado na zona de exibição de detalhes como dpmDomain1 para dpmDomain11, respectivamente.
20. Além disso, cada modelo de material particulado empoeirado tem seis lados; em seguida, alterne para o Filtro de seleção: faces, clique com o botão direito do mouse em cada lado dos dpmDomains numerados para selecionar Seleção nomeada e renomeá-los de acordo com a orientação do lado do material particulado empoeirado. Por exemplo, renomeie seis lados de dpmDomain1 numerado como dpmDomain1_Upper, dpmDomain1_Lower, dpmDomain1_Left, dpmDomain1_Right, dpmDomain1_Front e dpmDomain1_Back.
21. Mostrar todos os corpos e retornar à janela inicial novamente.

2. Gerar o modelo de malha

NOTA: A malha de elementos finitos é uma etapa muito importante na análise de simulação numérica de elementos finitos, que afeta diretamente a precisão dos resultados da análise numérica subsequente. As entidades renomeadas são então entrelaçadas.

1. Para malhar o domínio do ar, o domínio da bateria e o domínio dpm independentemente, arraste dois componentes do Mesh novamente do Toolbox > Component Systems > do Mesh para a zona esquemática do projeto e renomeie-os como airFEM, batteryFEM e dpmFEM, respectivamente. Segure o airFEM > Geometria com o botão esquerdo do mouse e arraste-o para a bateriaFEM > Geometria.
2. Em seguida, segure a bateriaFEM > Geometria com o botão esquerdo do mouse e arraste-a para o dpmFEM > Geometria. Clique com o botão direito do mouse em Linhas entre os três componentes de malha e selecione Excluir para desassociá-los uns dos outros.
3. Clique duas vezes na Malha do airFEM, entre na janela de malha, clique com o botão direito do mouse em batteryPart e dustPart para selecionar o Suppress Body e altere a preferência física de mecânica para CFD. Gere o modelo de domínio de ar FEM através do dimensionamento facial de 2 mm e do dimensionamento do corpo de 4 mm clicando em Atualizar e retornar à janela inicial.
4. Clique duas vezes em batteryFEM's Mesh, entre na janela de malha, clique com o botão direito do mouse em airPart e dustPart para selecionar o Suppress Body e altere a preferência física de Mechanical para CFD. Gere o modelo de domínio da bateria FEM através do dimensionamento do corpo de 2 mm clicando em Atualizar e retorne à janela inicial.
5. Clique duas vezes na Malha do dpmFEM, entre na janela de malha, clique com o botão direito do mouse em airPart e batteryPart para selecionar Suprimir Corpo e altere a preferência física de Mecânico para CFD. Gere o modelo de domínio do FEM dpm por meio do dimensionamento do corpo de 2 mm clicando em Atualizar, retorne à janela inicial.
   NOTA: A Figura 3A mostra a grade do domínio ar, a Figura 3B mostra a grade do domínio da bateria e a Figura 3C mostra a grade do domínio dpm.
6. Defina o tamanho mínimo da grade de ar para 4 mm e o tamanho mínimo da bateria e da grade de material particulado empoeirado para 2 mm. Certifique-se de que a grade seja independente da solução, altere o tamanho mínimo da célula da grade e execute um estudo de sensibilidade da grade.
   NOTA: Como mostrado na Figura 4, com o número de grades aumentando de 519343 para 1053849, as mudanças de temperatura máxima da bateria são inferiores a 0,6 K. Considerando a capacidade computacional e a precisão, a análise a seguir é baseada no modelo de grade com 931189 grades.

3. Análise de simulação

1. Arraste o Fluxo de Fluido do Toolbox > Sistemas de Análise > o Fluxo de Fluido para a zona esquemática do projeto. Segure o airFEM > Mesh, depois o batteryFEM > Mesh e o dpmFEM > Mesh com o botão esquerdo do mouse e arraste-os para Fluid Flow > Setup. Clique com o botão direito do mouse em Fluxo de fluido > Configuração e selecione Atualizar para entrar na janela de conjunto.
2. Verifique a validade do modelo FEM e verifique se a malha tem volume negativo. O software sugere automaticamente o volume do modelo, e um valor razoável do modelo é positivo. Se houver algum problema com a grade dividida ou configurações de modelo, uma mensagem de erro aparecerá para informar.
3. Ativar a equação de energia em modelos de transferência de calor. Entre na interface de configuração do modelo viscoso e do modelo de radiação e selecione o Modelo K-épsilon e o Modelo de Ordenadas Discretas.
   NOTA: Como mostrado na Figura 5, comparando quatro modelos viscosos, os resultados do cálculo do modelo de Spalart-Allmaras são bastante diferentes dos outros modelos. Os resultados do modelo K-épsilon padrão são semelhantes aos de outros modelos K-épsilon. O modelo padrão K-épsilon com maior estabilidade e economia é amplamente utilizado; a análise a seguir é baseada no modelo K-épsilon padrão.
4. Defina os novos materiais com diferentes atributos para material de ar, material de bateria, material dpm e material de caixa de bateria com base na Tabela 1.
   NOTA: Dentro da bateria, existem três materiais físicos diferentes: o ar como fluido e o restante como sólido. Em seguida, configure o material.
   1. Altere o tipo de fluido dos domínios de bateria numerados para o tipo Sólido e altere o material dpm para o material da bateria na janela Sólido clicando duas vezes em cada Domínio da bateria. Posteriormente, escolha o item Termos da Fonte e clique nos Termos da Fonte realçados para adicionar uma fonte de energia, atribuindo o número no número de fontes de energia e selecionando Tipo constante para inserir o valor de 209993 w/m³.
   2. Altere o tipo fluido dos domínios dpm numerados para Tipo sólido .
5. Em seguida, defina a interface para o cálculo de simulação de vários domínios diferentes de acordo com a taxa de fluxo de ajuste real e o coeficiente de transferência de calor, conforme descrito abaixo.
   1. Converta o tipo de todas as superfícies renomeadas, incluindo as superfícies internas do domínio do ar e todos os lados dos domínios da bateria, bem como os domínios dpm da parede padrão para a interface. Uma vez que as etapas acima são concluídas com sucesso, as interfaces de malha serão geradas imediatamente.
   2. Clique em Interfaces de malha e entre na janela Criar/editar interfaces de malha . Combine as superfícies da cavidade com todos os lados, exceto os lados superiores dos domínios da bateria e os lados inferiores do dpm domian. Em seguida, nomeie-os e numere-os como interface1 para interface11, respectivamente. Assim, as 11 interfaces mesh podem ser criadas entre o domínio aéreo e domians de bateria, bem como domínios dpm.
   3. Corresponda aos lados superiores dos domínios da bateria e aos lados inferiores dos domínios dpm. Em seguida, nomeie-os e numere-os como interface12 a interface22, respectivamente. Em seguida, as 11 interfaces de malha são criadas entre os domínios de bateria e dpm.
   4. Atribua a superfície da borda externa como a condição de contorno térmico da parede definindo o coeficiente de transferência de calor como 5 na condição térmica mista e alterando seu material de alumínio padrão para o material da caixa de bateria previamente autodefinido.
   5. Defina as velocidades de fluxo de ar de todas as entradas como 5 m/s na janela de entrada de velocidade e a pressão manométrica da saída como zero na janela de saída de pressão.
6. Em seguida, defina o estado do domínio computacional no momento inicial, como a temperatura inicial de 300 K, o que afetará o processo de convergência computacional.
   1. Defina o tipo de inicialização da solução como a inicialização padrão antes de inicializar.
   2. Defina o número de iterações como 2000.
   3. Clique em Calcular para simular. Retorne à janela inicial até que a simulação seja concluída.
7. A parte acima conclui o cálculo de simulação da temperatura e velocidade do ar dentro da bateria e, em seguida, exibe o resultado da simulação em Resultado. Execute as seguintes etapas nos resultados exibidos.
   1. Clique duas vezes em Fluid Flow > Results para entrar na janela de postagem de CFD e, em seguida, clique no ícone de Contour na caixa de ferramentas.
   2. Selecione Todos os lados das baterias no seletor de localização e altere a pressão para a temperatura. Em seguida, clique em Aplicar para gerar o contorno de temperatura das baterias.
   3. Clique em Arquivo > Exportar para selecionar a temperatura da(s) variável(is) selecionada(s). Clique no botão suspenso dos locais para abrir a janela do seletor de local onde todos os domínios da bateria devem ser selecionados. Clique no botão OK e Salvar para sair.
      NOTA: Uma planilha cujos dados correspondem às temperaturas dos nós de malha de todas as baterias será salva automaticamente quando o botão salvar for clicado.
   4. Abra a planilha para encontrar o valor máximo, que indica a temperatura máxima das baterias em um ambiente empoeirado a 5 m/s de todas as entradas de fluxo de ar.
   5. Adquira a temperatura máxima das baterias sob o estado de poeira livre conforme a temperatura esperada e compare-a com a temperatura máxima sob o estado empoeirado; O resultado mostra toda a temperatura aumentando.
      NOTA: Para adquirir a temperatura máxima das baterias em um ambiente livre de poeira, o novo modelo de bateria mostrado na Figura 6 deve ser restabelecido e todas as etapas 1.1-3.4.3 devem ser repetidas.
   6. Para reduzir a temperatura máxima dentro da bateria, ajuste as velocidades de fluxo de ar nas entradas de 5 m/s para 6 m/s, aumente em 5% e calcule as temperaturas máximas correspondentes das baterias cobertas de poeira.
      NOTA: A análise de sensibilidade dos parâmetros de velocidade do fluxo de ar deve ser feita com bastante antecedência antes de alterar os valores dos parâmetros. Como mostrado na Figura 7 e na Tabela 2, mantivemos o mesmo fluxo total para cada um dos sete grupos de diferentes combinações de velocidades de entrada do fluxo aéreo. Ainda há uma variação óbvia na temperatura máxima devido à diferença na alocação da velocidade do fluxo de ar. Em outras palavras, há de alguma forma uma forte correlação entre a combinação de velocidade do fluxo de ar e a temperatura máxima. Portanto, esses parâmetros de velocidade podem ser usados como variáveis de projeto.
   7. Plote a curva temperatura-velocidade como mostrado na Figura 8, onde a linha vermelha indica que a curva característica da temperatura diminui com o aumento da velocidade do fluxo de ar, e a linha azul representa a temperatura esperada.
   8. Manter um aumento na velocidade do fluxo de ar de 10%. Quando o incremento de velocidade é superior a 10%, a temperatura máxima já está abaixo da temperatura esperada, mas isso não atende ao propósito de baixo consumo de energia. Para a vazão de ar restante, reduza a temperatura máxima da bateria para a temperatura esperada através da otimização, atingindo assim o objetivo de baixo consumo de energia.

4. Amostragem de hipercubo latino ideal e modelagem de superfície de resposta

NOTA: Para as vazões retidas de 5 m/s-5,5 m/s, as amostras são selecionadas para construir diferentes combinações de vazões dentro dessa faixa de vazão. As combinações de velocidades são simuladas para obter a temperatura máxima. Construa a função de velocidade e temperatura máxima.

1. Abra uma nova planilha vazia para criar uma tabela cujas linhas na primeira coluna são denominadas inlet1, inlet2 e inlet3 e salve o arquivo como sampling.xlsx.
2. Execute o software de otimização e arraste o ícone Planilha para a seta única da Tarefa 1. Em seguida, clique duas vezes no ícone Planilha para exibir a janela Editor de componentes-Excel.
3. Importe o sampling.xlsx clicando no botão Procurar e mapeie a entrada1, entrada2 e entrada3 para os parâmetros A1, A2 e A3 clicando no botão Adicionar este mapeamento. Clique no botão OK para retornar à janela inicial.
4. Arraste o ícone DOE para a Tarefa1 e clique duas vezes nele para abrir a janela Editor de componentes-DOE. Selecione o OptimOKal Latin Hypercube e defina o Número de Pontos como 15 na janela Geral.
5. Alterne para a janela Fatores e defina 5,5 como limite superior e 5 como limite inferior para A1, A2 e A3.
6. Alterne para a janela Matriz de design e clique em Gerar para gerar os pontos de amostragem aleatórios correspondentes às diferentes velocidades de entrada. Desligue o software de otimização.
7. Pegue as matrizes de combinações de velocidade dos pontos de amostragem aleatórios de volta para calcular e repita as etapas 3.5.5-3.7.5 para obter a matriz de temperatura correspondente composta pelas temperaturas máximas das baterias.
8. Combine as variáveis preditoras x1, x2 e x3 das matrizes de combinações de velocidade e y das matrizes de temperatura para formar uma nova tabela de variáveis, conforme mostrado na Tabela 3, e salve-a como um arquivo sample.txt. Importe o arquivo para ajustar um modelo de superfície de resposta.
9. Execute novamente o software de otimização e arraste o ícone Aproximação para a seta única da Tarefa1. Clique duas vezes no ícone Task1 para abrir a janela de aproximação do editor de componentes para selecionar o Modelo de Superfície de Resposta.
10. Alterne para a janela Arquivo de Dados e importe o arquivo sample.txt que contém as variáveis de previsão.
11. Alterne para a janela Parâmetros e clique em Verificar para abrir os parâmetros na janela do arquivo de dados onde as variáveis preditoras de x1, x2 e x3 são definidas como entrada e y como saída.
12. Alterne para a janela Opções de técnica e selecione a Quadrática em ordem polinomial. Alterne para a janela Opções de Análise de Erros e selecione a Validação Cruzada no método de análise de erros.
13. Alterne para a janela Exibir Dados e clique em Inicializar Agora para obter os coeficientes da equação de regressão linear quadrática.
14. Clique no botão Análise de erros para abrir a janela de análise de erros de aproximação para verificar se os erros podem satisfazer os padrões aceitáveis para cada tipo de erro. Feche a janela do componente de aproximação. Se o erro arbitrário não puder satisfazer os padrões aceitáveis correspondentes, adicione mais pontos de amostra para participar do ajuste do modelo.

5. Modelo de ajuste aproximado baseado em algoritmo de recozimento simulado adaptativo

NOTA: Em seguida, o software e o algoritmo são usados para encontrar o valor ideal do modelo aproximado

1. Arraste o ícone Otimização para a Tarefa1 e clique duas vezes nele para abrir a janela de otimização do editor de componentes. Selecione o Recozimento Simulado Adaptativo (ASA) na técnica de otimização.
2. Alterne para a janela Variáveis para definir 5,5 como limite superior e 5 como limite inferior.
3. Alterne para a janela Objetivos e selecione o parâmetro Y antes de fechar a janela de otimização do editor de componentes.
4. Clique no botão Executar otimização e aguarde o resultado da otimização.

Resultados

Seguindo o protocolo, as três primeiras partes são as mais importantes, que incluem modelagem, malha e simulação, tudo para obter a temperatura máxima da bateria. Em seguida, a velocidade do fluxo de ar é ajustada por amostragem e, finalmente, a combinação ótima de vazão é obtida por otimização.

A Figura 9 mostra a comparação da distribuição da temperatura da bateria em diferentes a...

Discussão

O BTMS utilizado neste estudo foi estabelecido com base no sistema de resfriamento a ar devido ao seu baixo custo e simplicidade da estrutura. Devido à baixa capacidade de transferência de calor, o desempenho do sistema de resfriamento a ar é menor do que o do sistema de resfriamento líquido e do sistema de resfriamento de material de mudança de fase. No entanto, o sistema de resfriamento líquido tem a desvantagem de vazamento de refrigerante, e o sistema de resfriamento de material de mudança de fase tem alta mas...

Materiais

Name	Company	Catalog Number	Comments
Ansys-Workbench	ANSYS	N/A	Multi-purpose finite element method computer design program software.https://www.ansys.com
Isight	Engineous Sogtware	N/A	Comprehensive computer-aided engineering software.https://www.3ds.com
NVIDIA GPU	NVIDIA	N/A	An NVIDIA GPU is needed as some of the software frameworks below will not work otherwise. https://www.nvidia.com
Software
SOLIDWORKS	Dassault Systemes	N/A	SolidWorks provides different design solutions, reduces errors in the design process, and improves product quality www.solidworks.com