Nas últimas décadas, a utilização de dispositivos portáteis, dos mais variados tipos, tem aumentado significativamente devido à proliferação no acesso à tecnologia sem fio. Estes dispositivos são alimentados por uma bateria recarregável, assim o seu uso está limitado ao tempo de duração da bateria. A bateria recarregável, que está presente nos mais diversos equipamentos como, por exemplo, notebooks, telefones celulares, ipads,tablets, câmeras digitais é o objeto de estudo deste trabalho, pois há uma crescente preocupação por parte dos fabricantes de dispositivos móveis em torná-la cada vez menor, mais leve e com uma capacidade cada vez maior, a fim de proporcionar maior mobilidade aos usuários. Neste contexto, é importante possuir algum método para realizar a predição do tempo de vida da bateria e assim determinar o tempo que o dispositivo poderá se manter operacional, sem a necessidade de recarga. Uma das formas é através da utilização de modelos matemáticos que descrevem o consumo de energia dos aparelhos. Portanto, o principal objetivo deste trabalho é apresentar a modelagem matemática do tempo de vida de baterias de Lithium-Ion, modelo BL-5F, presente em telefones celulares da marca Nokia a partir do uso de modelos paramétricos lineares da teoria de Identificação de Sistemas. Para a realização desta modelagem matemática é necessária a determinação da ordem dos modelos, para isto são utilizadas duas metodologias: o Método da Exaustão e o Método da AutoCorrelação e AutoCorrelação Parcial. A partir da análise dos resultados da modelagem matemática, considerando estas duas metodologias, observou-se que a metodologia da análise da autocorrelação, para a determinação da ordem dos modelos, é mais prática, possui um menor custo computacional, determinando modelos de ordem 2, do tipo ARX, para descrever o tempo de vida de baterias usadas em dispositivos móveis. / 93 f.

O desenvolvimento tecnológico permite que diferentes dispositivos eletrônicos sejam capazes de executar cada vez mais um número maior de tarefas. Dentre estes dispositivos estão os dispositivos móveis, que pela utilização de uma bateria, agregam mobilidade e comodidade na execução de diferentes serviços, otimizando o tempo do usuário. Desta forma, o funcionamento do dispositivo está ligado diretamente ao tempo de vida da bateria, nesse contexto é importante o estudo acerca do desempenho e do comportamento da bateria frente a diferentes cenários de descarga. A predição do tempo de vida de baterias pode ser realizada através da modelagem matemática, que permite realizar a simulação de um processo de descarga real através de modelos matemáticos. Estes modelos são classificados em categorias: os modelos eletroquímicos, os modelos elétricos, os modelos analíticos, os modelos estocásticos, os modelos via teoria de identificação de sistemas e os modelos híbridos. Este trabalho é realizado utilizando a categoria de modelos híbridos. Estes modelos são constituídos através da união de pelo menos dois modelos pertencentes a categorias diferentes, conseguindo agregar as vantagens dos modelos utilizados nesta união. Neste sentido, o objetivo deste trabalho é realizar a modelagem matemática do tempo de vida de baterias utilizando os modelos híbridos encontrados na literatura técnica, realizando uma análise comparativa entre o nível de acurácia dos mesmos. São usados perfis de descarga constantes e os dados experimentais são obtidos de uma plataforma de testes, considerando baterias de Lítio Íon Polímero. Nos dados experimentais é realizado um tratamento estatístico, a fim de identificar a presença de valores outliers e médias experimentais diferentes estatisiticamente. As simulações computacionais são realizadas no software MatLab e as validações dos modelos híbridos ocorre através da comparação dos resultados das simulações com os dados obtidos da plataforma de testes. Após as validações, constatou-se que todos os modelos híbridos utilizados neste trabalho são acurados, apresentando erro médio inferior a 5%, independente da presença de valores outliers. Por fim, comparando os valores dos erros, é concluído que o modelo híbrido proposto por Zhang é o modelo mais acurado, seguido pelo modelo híbrido de Kim e de Gomes. Também foi possível observar que os menores erros foram encontrados na presença de valores outliers. / 99 f.

Esta dissertação consiste em um sistema eletrônico microprocessado para monitoração de baterias cujos subsistemas permitem simular processos diversos submetendo-as a tipos diferentes de carga e descarga de forma controlada. O sistema compartilha informações externa e internamente, controlando parâmetros a fim de efetuar os ensaios padronizados ou simulando a alimentação de uma carga real de maneira segura e confiável. Inicialmente, as informações para os testes são feitas de forma manual a partir de templates onde os dados do ensaio e especificações do fabricante são carregadas para iniciar o teste. Assim o sistema fica instruído para executar as demais rotinas e processos de forma automática, quer seja no mesmo teste em ou outro posterior, onde se use a mesma bateria. O sistema se propõe ao ensaio de diversos tipos de químicas de baterias, com algoritmos distintos a cada uma delas, criando arquivos de configuração e de dados, que podem ser armazenados para uso posterior ou utilizados para uma análise imediata. Ao final do ensaio ou ciclo executado é possível escolher a forma de apresentação dos resultados sob forma de planilhas, gráficos e valores, a fim de que seja possível analisar o dispositivo e os processos envolvidos.

As baterias são componentes fundamentais para o funcionamento de qualquer avião, desde a partida elétrica dos motores de propulsão até o fornecimento de energia nos casos de emergência elétrica. Portanto é importante que o projetista conheça o comportamento das baterias que poderão ser selecionadas para uso no avião nas suas várias condições de operação - temperatura ambiente, corrente de operação e profundidade de descarga. Tipicamente os fornecedores de baterias aeronáuticas, através de um software proprietário, disponibilizam as curvas de tensão da bateria no tempo assumindo que a corrente de descarga e a temperatura são constantes e que a bateria está plenamente carregada. Este trabalho mostra como as curvas de tensão da bateria disponibilizadas pelo seu fabricante podem ser usadas para gerar um modelo de descarga da bateria e como esse modelo pode ser validado. De posse desse modelo o projetista pode simular o comportamento da bateria em várias condições de operação que não são possíveis com o software fornecido pelo fabricante, como por exemplo, temperatura ambiente, corrente de descarga variáveis e bateria parcialmente carregada. Como estudo de caso este trabalho gera o modelo de descarga para uma certa bateria aeronáutica de níquel-cádmio, valida esse modelo usando as curvas fornecidas pelo fabricante e simula o comportamento dinâmico da bateria em uma emergência elétrica para diferentes tipos de carga - resistência constante, potência constante e corrente constante. Os resultados da simulação são coerentes com os resultados esperados.

É proposta a implementação de um procedimento de modelagem computacional para baterias de lítio-íon de aplicação aeronáutica, levando em consideração as principais variáveis que afetam o seu desempenho: temperatura, estado de carga e corrente de descarga. A escolha da tecnologia de bateria foi motivada pela grande tendência do uso de baterias de lítio-íon nas novas aeronaves, bem como os seus aspectos energéticos. A caracterização deste componente permite prever o comportamento do mesmo sob várias condições de operação, auxiliando a identificação antecipada de problemas de desempenho quando integrado ao sistema elétrico da aeronave, caso em que é possível simular e avaliar os efeitos da aplicação de cargas de alta demanda no desempenho da bateria. No trabalho são modelados dois tipos de bateria de lítio-íon: níquel cobalto óxido de alumínio (LiNiCoAlO2) e fosfato de ferro (LiFePO4). As curvas simuladas com o modelo implementado serão validadas segundo as curvas de catálogos disponibilizadas pelos fabricantes. Como entradas do modelo são usadas a corrente de descarga e a temperatura de operação e como saídas são consideradas a tensão da bateria e o estado de descarga. Todas as simulações são realizadas considerando a descarga em corrente constante e temperatura constante. Os resultados permitem entender o comportamento da bateria em diversas condições de operação e a exatidão do procedimento na caracterização do comportamento da bateria de lítio-íon em descargas de alta intensidade.

Este trabalho apresenta a arquitetura de hardware, software e os resultados da implantação de um sistema automação industrial em ambiente siderúrgico, especificamente nas Baterias de Coque do grupo Usinas Siderúrgicas de Minas Gerais S/A Usiminas, precisamente na Usina de Cubatão, localizada no município de Cubatão, estado de São Paulo - Brasil. O sistema de automação monitora em tempo real o processo de coqueificação através da obtenção da temperatura na exaustão dos gases do processo de aquecimento do carvão mineral. O objetivo é estabelecer a relação da temperatura dos gases de exaustão, proveniente do aquecimento do carvão mineral versus a determinação do tempo ideal para o respectivo desenfornamento. O ganho de produção gerado pela implantação deste sistema é apresentado ao final deste trabalho. / This work presents the architecture of hardware, software and the results of implantation of a steel industrial automation environment, specifically in the group of Coke Drums Steel Units of Minas Gerais S/A - Usiminas, precisely in Cubatão Plant, located in Cubatão, state of Sao Paulo - Brazil. The automation system monitors the real time coking process by raising the temperature in the exhaust gases of the heating process the coal. The aim is to establish the relationship between the temperatures of the exhaust gases, from the heating coal versus determining the optimal time for the respective furnace charging. The gain in output generated by the deployment of this system is provided at the end of this work.

O objetivo desse trabalho foi investigar o modelo matemático para baterias de chumbo-ácido, usada em aplicações veiculares, mais adequado para a condição de descarga, que ocorre durante o teste de Cold Crank, e propor uma metodologia para identificar os parâmetros da bateria, a partir de ensaios experimentais. A simulação do teste de Cold Crank foi a motivação para o início da pesquisa. Dentre os diversos modelos pesquisados, foram selecionados aqueles que representam a dinâmica da bateria durante a descarga e que são baseados em circuitos elétricos. O modelo de Jackey foi escolhido, por possuir um circuito equivalente com adequada complexidade para o objetivo estudado. Após algumas simplificações e usando a 1ª Lei de Kirchhoff, definiu-se a equação da bateria, que calcula a tensão nos terminais para um dado valor de corrente de descarga constante. Adotaram-se ainda algumas leis de formação propostas por Jackey e uma forma alternativa para a descrição de R1. Alguns parâmetros da equação da bateria foram calculados usando a curva de tensão em aberto (OCV) em função do estado de carga (SOC), a equação da variação do estado de carga em função do tempo (SOC(t)) e o circuito simplificado para o instante inicial. Para os demais parâmetros, uma metodologia de resolução foi apresentada e implementada em ambiente MatLab®. Através da utilização de curvas de descarga experimentais e com o auxílio dos algoritmos de otimização genético e de busca local, os parâmetros desconhecidos foram estimados de forma a minimizar o erro entre os valores calculados e os valores experimentais. Por fim, foi apresentada a variação dos parâmetros em função da corrente de descarga. Com o uso das curvas que aproximam essa variação, alguns exemplos foram gerados para mostrar que os valores calculados continuam coerentes, tanto em forma quanto em escala, quando comparados com valores experimentais para outros níveis de corrente. Dessa forma, o objetivo do trabalho foi alcançado uma vez que a metodologia aplicada apresentou bons resultados mesmo com o número limitado de curvas de descarga experimentais. / The aim of this study was to investigate the most suitable lead-acid battery model, used in vehicular application, to the discharge condition which occurs during a Cold Crank test, and to propose a methodology to identify the battery parameters from experimental tests. The Cold Crank simulation was the motivation for this research. Among the various studied models, were selected those that describe the battery dynamic during a discharge process and that are based on electrical circuits. Jackey model was chosen because it has an equivalent circuit with suitable complexity to the aim. After some simplifications and using 1st Kirchhoffs Law, the battery equation was defined, which calculates the terminal voltage for a given constant discharge current. Also, it was adopted some laws proposed by Jackey and an alternative way to describe R1. Some parameters from battery equation were defined using the open circuit voltage (OCV) as function of state of charge (SOC), the equation of SOC variation as function of time and simplified circuit for the initial time. For the others parameters, a solving methodology was introduced and implemented in Matlab® environment. Usage of experimental discharge curves and with the help of genetic and local search algorithms, the unknown parameters were estimated in order to minimize the error between calculated and experimental values. Finally, it was presented the parameters variation as function of discharge current. With the use of curves that approximate this variation, some examples were generated to show that the calculated values remain consistent in both shape and range when compared to experimental values for others current levels. In this way, the aim was reached since methodology produced good results even with limited number of experimental discharge curves.

Neste trabalho foi estudado as ligas La0,7-xMgx Pr0,3Al0,3Mn0,4Co0,5Ni3,8 (x = 0 a 0,7) como eletrodo negativo de baterias de níquel - hidreto metálico. A hidrogenação das ligas foi realizada com duas pressões de H2 (2 bar e 10 bar) e temperaturas (ambiente e 500°C). A capacidade de descarga das ba terias de níquel hidreto metálico foram analisadas pelo equipamento de testes elétricos ARBIN BT-4. As ligas, no estado bruto de fusão, foram analisadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de energia dispersiva (EDS) e difração de Raios-X. Com o aumento da concentração de Mg nas ligas aumenta-se a capacidade de descarga, porém nota-se a diminuição a estabilidade cíclica das baterias. A capacidade de descarga máxima obtida foi para a liga Mg0,7Pr0,3Al0,3Mn0,4Co0,5Ni3,8 (60 mAh) e a bateria que apresentou a melhor performance foi La0,4Mg0,3Pr0,3Al0,3Mn0,4Co0,5Ni3,8 (53 mAh e 150 ciclos). A capacidade de absorção de hidrogênio diminui quando se adiciona Mg, não ocorrendo tal efeito para a liga Mg0,7Pr0,3Al0,3Mn0,4Co0,5Ni3,8. / In this work were studied of La0.7-xMgx Pr0.3Al0.3Mn0.4Co0.5Ni3.8 (x = 0 and 0.7) alloys for negative electrodes of the nickel-metal hydride batteries. The hydrogenation of the alloys was performed varying pressing of H2 (2 and 10 bar) and temperature (room and 500°C). The discharge capacity of the nic kel-metal hydride batteries were analyzed in ARBIN BT- 4 electrical test equipment. The as-cast alloys were analyzed by scanning electron microscopy (SEM), energy disperse spectroscopy (EDX) and X-Ray diffraction. The increasing Mg addition in the alloy increases maximum discharge capacity but decrease cycle life of the batteries. The maximum discharge capacity was obtained with the Mg0.7Pr0.3Al0.3Mn0.4Co0.5Ni3.8 alloy (60 mAh) and the battery which presented the best performance was La0.4Mg0.3Pr0.3Al0.3Mn0.4Co0.5Ni3.8 alloy (53 mAh and 150 cycles). The H2 capability of absorption was diminished for increased Mg addition and no such effect occurs for Mg0.7Pr0.3Al0.3Mn0.4Co0.5Ni3.8 alloy.

Carbonatos fosfatos isoestruturados do tipo sidorenkitas sÃo materiais com alto potencial de aplicaÃÃo em cÃtodos dos mais modernos tipos de baterias de sÃdio. Sua estrutura lamelar permite a inserÃÃo e extraÃÃo dos Ãons de sÃdio, que sÃo a principal fonte de forÃa eletromotriz da bateria. Utilizando um elemento muito mais abundante na crosta terrestre, esses dispositivos sÃo a grande promessa para substituiÃÃo da, jà bastante difundida, bateria de Ãons de lÃtio. PorÃm, o cÃtodo que contÃm as caracterÃsticas ideais para produzir o melhor desempenho, propiciando alta densidade de energia e estabilidade quÃmica, ainda està em desenvolvimento. A espectroscopia Raman continua sendo o melhor mÃtodo para caracterizar as propriedades destes compostos, pois contÃm a grande vantagem de ser altamente sensÃvel ao ambiente molecular das ligaÃÃes do oxigÃnio com os metais de transiÃÃo, o fÃsforo e o carbono. Nesta linha, realizamos um estudo de espectroscopia Raman em um conjunto de carbonatos fosfatos do tipo Na3MCO3PO4 (M = Mn, Fe, Co e Ni), obtidos por sÃntese hidrotÃrmica em microondas a 210 ÂC por 30 minutos. O sucesso na inserÃÃo de variados metais no interior de octaedros MO6, com raios iÃnicos distintos, produz uma alteraÃÃo no volume da cÃlula unitÃria do arranjo cristalino, modificando a distÃncia de equilÃbrio das ligaÃÃes atÃmicas, provocando uma alteraÃÃo substancial no nÃmero de onda dos seus modos normais de vibraÃÃo. Por isso, visto que informaÃÃes essenciais das propriedades quÃmicas e estruturais dos mais variados tipos de carbonatos fosfatos sÃo reveladas pela tÃcnica da espectroscopia Raman de forma confiÃvel, sua utilizaÃÃo se torna indispensÃvel para o desenvolvimento de mÃtodos e o planejamento de um material eficiente e comercialmente viÃvel para as inovadoras baterias de Ãons de sÃdio.

Este trabalho apresenta a arquitetura de hardware, software e os resultados da implantação de um sistema automação industrial em ambiente siderúrgico, especificamente nas Baterias de Coque do grupo Usinas Siderúrgicas de Minas Gerais S/A Usiminas, precisamente na Usina de Cubatão, localizada no município de Cubatão, estado de São Paulo - Brasil. O sistema de automação monitora em tempo real o processo de coqueificação através da obtenção da temperatura na exaustão dos gases do processo de aquecimento do carvão mineral. O objetivo é estabelecer a relação da temperatura dos gases de exaustão, proveniente do aquecimento do carvão mineral versus a determinação do tempo ideal para o respectivo desenfornamento. O ganho de produção gerado pela implantação deste sistema é apresentado ao final deste trabalho. / This work presents the architecture of hardware, software and the results of implantation of a steel industrial automation environment, specifically in the group of Coke Drums Steel Units of Minas Gerais S/A - Usiminas, precisely in Cubatão Plant, located in Cubatão, state of Sao Paulo - Brazil. The automation system monitors the real time coking process by raising the temperature in the exhaust gases of the heating process the coal. The aim is to establish the relationship between the temperatures of the exhaust gases, from the heating coal versus determining the optimal time for the respective furnace charging. The gain in output generated by the deployment of this system is provided at the end of this work.