Backup diesel generator (DG) systems continue to be a heavily polluting and costly solution for institutions with unreliable grid connections. These systems slow economic growth and accelerate climate change. Photovoltaic (PV), energy storage (ES), grid connected, DG – Hybrid Energy Systems (HESs) or, PV-HESs, can alleviate overwhelming costs and harmful emissions incurred from traditional back-up DG systems and improve the reliability of power supply. However, from project conception to end of lifetime, PV-HESs face significant barriers of uncertainty and variable operating conditions. The fit-and-forget solution previously applied to backup DG systems should not be adopted for PV-HESs. To maximize cost and emission reductions, PV-HESs must be adapted to their boundary conditions for example, irradiance, temperature, and demand. These conditions can be defined and monitored using measurement equipment. From this, an opportunity for performance optimization can be established. The method demonstrated in this study is a techno-economic and environmental approach to improving the performance of PV-HESs. The method has been applied to a case study of an existing PV-HES in Kenya. A combination of both analytical and numerical analyses has been conducted. The analytical analysis has been carried out in Microsoft Excel with the intent of being easily repeatable and practical in a business environment. Simulation analysis has been conducted in improved Hybrid Optimization by Genetic Algorithms (iHOGA), which is a commercially available software for simulating HESs. Using six months of measurement data, the method presented identifies performance inefficiencies and explores corrective interventions. The proposed interventions are evaluated, by simulation analyses, using a set of techno-economic and environment key performance indicators, namely: Net Present Cost (NPC), generator runtime, fuel consumption, total system emissions, and renewable fraction. Five corrective interventions are proposed, and predictions indicate that if these are implemented fuel consumption can be reduced by 70 % and battery lifetime can be extended by 28 %, net present cost can be reduced by 30 % and emissions fall by 42 %. This method has only been applied to a single PV-HES; however, the impact this method could have on sub-Saharan Africa as well as similar regions with unreliable grid connections is found to be significant. In the future, in sub-Saharan Africa alone, over $500 million dollars (USD) and 1.7 billion kgCO2 emissions could be saved annually if only 25 % of the fuel savings identified in this study were realized. The method proposed here could be improved with additional measurement data and refined simulation models. Furthermore, this method could potentially be fully automated, which could allow it to be implemented more frequently and at lower cost.

Neste trabalho foram estudadas diferentes modificações superficiais do titânio (Ti) como método de preparação de superfícies de eletrodos para baterias de íons lítio (Li+) Inicialmente, as modificações foram produzidas pelas micro-indentações, com posterior corrosão eletroquímica por pites em soluções de brometo. As superfícies polidas, tratadas termicamente e modificadas através de micro-indentações foram avaliadas em diferentes parâmetros, tais como o potencial aplicado, concentração dos íons agressivos no eletrólito, temperatura, tempo dos testes e principalmente, sobre o impacto das deformações causadas pela força indentações para localização de orifícios produzidos por pites. Filmes porosos de titânia (TiO2) crescidos sobre o Ti puro, foram produzidos por anodização a plasma (anodização por centelhamento ou sparking) em 1M H3PO4 e em 1M Na2SO4 e por anodização nanotubular em 1M H3PO4 + 1M NaOH + 0,4 %(peso) HF. Os resultados mostraram, em óxidos tipo “esponja” formados na anodização a plasma em 1M H3PO4 e 1M Na2SO4, a incorporação de elementos do eletrólito contendo, respectivamente, P e S, numa relação de P/O > S/O e em óxidos nanotulares, a predominante incorporação de elemento de F. Posteriormente, as superfícies corroídas por pites e as superfícies de óxidos crescidos por anodização a plasma foram convertidas por sulfetação em diferentes materiais micro e nanoestruturados compostos por sulfetos e oxisulfetos de titânio, ajustando-se as condições de processo. O desenvolvimento proposto mostrou que é possível modificar a composição química do óxido formado por anodização a plasma para nanocristais de TiS2, nanofitas de TiS3 e TiOxSy, sem danificar a morfologia original dos nanoporos de TiO2. Os compostos formados podem ser usados como eletrodos nanoarquiteturados tridimensionais (3D) para microbaterias de íons lítio (Li+) com alta densidade de potência. A síntese desses compostos é realmente promissora, porque eles têm a capacidade de inserir mais íons lítio do que TiO2 puro, resultando em uma melhoria na capacidade das microbaterias. / In this study, different surface modifications of titanium (Ti) were studied as a method of surface preparation of electrodes for ion lithium batteries (Li+). Initially, the modifications were produced by micro-indentation with subsequent electrochemical pitting corrosion in solutions of bromide. The polished surfaces, heat treated and modified through micro indentations were evaluated for different values of parameters, such as applied potential, concentration of aggressive ions in the electrolyte, temperature, polarization time, and mainly intensity of the deformation caused by indentations for localizing holes produced by pitting. It was expected the adjust of location of these parameter settings promotes nucleation of pits, according to the pattern of indentations and growth of pitting depth for increased surface area. Porous films of titania (TiO2) were produced on pure Ti by plasma anodization (or sparking) in 1M H3PO4 and 1M Na2SO4. Nanotubes were synthesized by porous anodization in 1M NaOH + 1M H3PO4 + 0.4 (wt%) HF. The results showed oxide "sponge" like formed by plasma anodization, incorporating elements of the electrolyte containing respectively, P and S in a ratio P/O> S/O and, in nanotubular oxides, with predominant incorporation of F. Subsequently, the pitted surfaces and the surfaces of oxides grown by plasma anodization were converted by sulfidation into different micro and nanostructured materials consisting of titanium sulfide and oxisulfides by adjusting the process conditions. The proposed development has shown that it is possible to modify the chemical composition of the oxide formed by plasma anodizing to nanocrystals of TiS2 and nanobelts of TiS3 and TiOxSy without damaging the original morphology of the nanoporous TiO2. The formed compounds can be used as three-dimensional (3D) nanoarchitectured electrodes for ion lithium batteries (Li+) with high power density. The synthesis of these compounds is promising due to a higher ability to intercalate more ions lithium than pure TiO2, resulting in an improvement in the capacity of microbatteries.

abstract: Microgrids are a subset of the modern power structure; using distributed generation (DG) to supply power to communities rather than vast regions. The reduced scale mitigates loss allowing the power produced to do more with better control, giving greater security, reliability, and design flexibility. This paper explores the performance and cost viability of a hybrid grid-tied microgrid that utilizes Photovoltaic (PV), batteries, and fuel cell (FC) technology. The concept proposes that each community home is equipped with more PV than is required for normal operation. As the homes are part of a microgrid, excess or unused energy from one home is collected for use elsewhere within the microgrid footprint. The surplus power that would have been discarded becomes a community asset, and is used to run intermittent services. In this paper, the modeled community does not have parking adjacent to each home allowing for the installment of a privately owned slower Level 2 charger, making EV ownership option untenable. A solution is to provide a Level 3 DC Quick Charger (DCQC) as the intermittent service. The addition of batteries and Fuel Cells are meant to increase load leveling, reliability, and instill limited island capability. / Dissertation/Thesis / M.S.Tech Engineering 2013

Made available in DSpace on 2016-12-23T14:41:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vinicius Emmanuel de Oliveira.pdf: 5229003 bytes, checksum: 7bc46aad5447805d1e99c00c4deb6f3b (MD5) Previous issue date: 2012-08-01 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Neste trabalho, um método hidrometalúrgico para a recuperação dos metais terras raras, cobalto, níquel, ferro e manganês dos eletrodos negativos exauridos das baterias de telefone celular é desenvolvido. Os compostos das terras raras foram obtidos por precipitação química em pH 1,5 com NaCe(SO4)2.H2O e La2(SO4)3.H2O como os principais componentes recuperados. A composição e a concentração relativa dos elementos químicos que constituem os materiais recuperados foram determinados por espectroscopia de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado (ICP-OES).Esta análise confirma que os elementos níquel, cobalto,ferro e manganês permanecem em solução após a precipitação do cério e lantânio. O ferro é recuperado como Fe(OH)3 e FeO. Além disso o precipitado de hidróxido de manganês inicialmente formado sofre um processo de envelhecimento em soluções alcalinas e na presença de oxigénio, manganês é obtido como Mn3O4. Níquel e cobalto foram recuperados como β -Ni(OH)2 e Co(OH)2. Os hidróxidos recuperados de cobalto e níquel são subsequentemente utilizados para sintetizar materiais de cátodos LiCoO2,LiNiO2 e CoO para uso em baterias de Li-ion. Os ânodos e materiais reciclados são caracterizados por difração de raios - X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), energia dispersiva de raios-X, (EDX), espectroscopia de infravermelho com transformada de fourier (FT-IR), termogravimetria (TG/DTG) e espectroscopia de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado (ICP-OES). Métodos químicos e eletroquímicos para reciclagem de Ni, Co, Zn e Mn dos eletrodos positivos exauridos de baterias de Ni-MH foram desenvolvidos. Os materiais reciclados por precipitação química tem a composição β - Ni(OH)2, Co(OH)2, Zn(OH)2 e Mn3O4. O pó retém, nitrato,sulfato e carbonato de ânios a partir da solução mãe, bem como água adsorvida.Estudos utilizando voltametria cíclica mostram que a densidade de corrente diminui para taxas de varredura maiores que 10 mVs-1 por causa da formação de filmes de hidróxido. As quantidades de Ni2+,Co2+,Zn2+ e Mn2+ foram obtidas por análise da solução utilizando espectroscopia de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado (ICP-OES), que demonstraram que o método de eletrodeposição exibe um comportamento anómalo. As quantidades de íons de níquel depositado está relacionado com a composição dos banho de sulfamato. A presença de manganês nos eletrodepósitos é devido à precipitação do Mn(OH)2 e Zn(OH)42- não sofre redução no intervalo investigado de potencial. O material eletrodepositado contém Ni, Co, CoO, Co(OH)2, e Mn3O4. Uma eficiência da carga de 83,7 % foi obtida para os eletrodepósitos formados por aplicação de -1,1 V vs Ag /AgCl a uma densidade de corrente de - 90 Ccm-2. A dissolução dos eletrodepósitos depende do potencial aplicado / In this work, a hydrometallurgical method for the recovery of rare earth metals, cobalt, nickel, iron, and manganese from the negative electrodes of spent Ni-MH mobile phone batteries is developed. The rare earth compounds are obtained by chemical precipitation at pH 1.5 with NaCe(SO4)2.H2O and La2(SO4)3.H2O as the major recovered components. The composition and relative concentration of the chemical elements that constitute the recovered material are determined by inductively coupled plasma optical emission Spectroscopy (ICP-OES). This analysis confirms that the elements cobalt, nickel, iron, and manganese remain in solution after precipitation of the cerium and lanthanum. Iron is recovered as Fe(OH)3 and FeO. In addition, because manganese hydroxide precipitate initially undergoes an aging process in alkaline solutions and in the presence of oxygen, manganese is obtained as Mn3O4. Nickel and cobalt are recovered as β-Ni(OH)2 and Co(OH)2. The recovered cobalt and nickel hydroxides are subsequently used to synthesize the cathode materials LiCoO2, LiNiO2 and CoO for use in Li-ion batteries. The anodes and recycled materials are characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), thermogravimetry (TG/DTG) and inductively coupled plasma optical emission spectroscopy (ICP-OES). Chemical and electrochemical recycling methods for the Ni, Co, Zn and Mn from the positives electrodes of spent Ni-MH batteries were developed. The materials recycled by chemical precipitation has the composition β-Ni(OH)2, Co(OH)2, Zn(OH)2 and Mn3O4. The powder retains, sulphate, nitrate and carbonate anions from the mother solution as well as adsorbed water. Studies using cyclic voltammetry show that the current density decreases for scan rates greater than 10 mV s-1 because of the formation of hydroxide films. The amounts of Ni2+, Co2+, Zn2+ and Mn2+ were obtained by analysis of the solution using the inductively coupled plasma with optical emission spectroscopy technique, which demonstrated that the electrodeposition method exhibits anomalous behavior. The amount of deposited nickel ions is related to the composition of the sulfamate bath. The presence of manganese in the electrodeposits is due to the precipitation of Mn(OH)2, and Zn(OH)42- does not undergo reduction in the investigated potential range. The electrodeposited material contains Ni, Co, CoO, Co(OH)2, and Mn3O4. A charge efficiency of 83.7% was attained for the electrodeposits formed by the application of -1.1 V vs. Ag/AgCl at a current density of -90 C cm-2. The dissolution of the electrodeposits depends on the applied potential

Orientador: Annette Gorenstein / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-05T23:58:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SouzaJunior_EdvaldoAlvesde_D.pdf: 2701192 bytes, checksum: 949e8dd1afc482f52e573f2b9fbca63a (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: O pentóxido de vanádio é um dos compostos de intercalação mais conhecidos na área de baterias de lítio. Dada sua estrutura lamelar, íons de lítio podem ser inseridos e extraídos de forma reversível, o que torna o pentóxido de vanádio promissor para uso como catodo. No entanto, o armadilhamento de parte dos íons de lítio a cada ciclo de carga e descarga provoca a perda gradativa da capacidade. A incorporação de íons metálicos na estrutura do V2 >O5 é uma das alternativas para melhorar seu desempenho nos ciclos de carga e descarga. Por outro lado, foi demonstrado que o óxido de cobre nanoparticulado é capaz de fornecer alta capacidade de carga em processos reversíveis de inserção e extração de íons lítio. Esta tese se propõe estudar a inserção/extração de íons de lítio em filmes finos de óxidos de cobre-vanádio objetivando sua aplicação em catodos de microbaterias. Um conjunto de amostras foi obtido iniciando-se com o pentóxido de vanádio, e através de acréscimos de cobre e decréscimos de vanádio, atingindo o óxido de cobre II. Óxidos bronzes, complexos, mistos e puros foram obtidos. As amostras foram depositadas através da técnica de sputtering. Na caracterização das amostras foram utilizadas técnicas de difração de raios-X, retroespalhamento Rutherford, emissão de fotoelétrons de raios-X, absorção de raios-X (XANES) e microscopia de força atômica. A inserção de íons de lítio foi realizada através da cronopotenciometria. Cada classe de óxidos apresentou características eletroquímicas próprias. Óxidos de cobre apresentaram uma capacidade de inserção de carga quatros vezes maior que a capacidade do pentóxido de vanádio (109 µAh/cm 2-µm). Bronzes de vanádio apresentaram maior estabilidade entre todos óxidos, e melhor capacidade, quando comparado com o V2 O5. A introdução de átomos de vanádio na matriz CuO permitiu a formação de óxidos mistos com maior estabilidade eletroquímica quando comparados à filmes CuO / Abstract: In the field of lithium batteries, vanadium pentoxide is one of the most studied intercalation compound. Due to its lamellar structure, lithium ions can be reversibly inserted and extracted, and the material is a promising candidate for use as a cathode. However, trapping of part of the lithium ions in each charge/discharge cycle causes a gradative loss of capacity. The incorporation of metallic ions in the V22O5host structure is one of the alternatives to improve its cycling behavior. On the other hand, it was recently demonstrated that nanosized copper oxide is capable of providing high charge capacity in reversible lithium insertion/extraction processes. The aim of the present work is to study the insertion/extraction of lithium ions in thin films of copper-vanadium oxides for application as cathode in microbatteries. A range of samples was produced, starting from pure vanadium pentoxide. By increasing the amounts of copper and decreasing the amount of vanadium in the film, the copper oxide II composition was attained. Different classes of oxides, such as bronzes, complex oxides, mixed oxides and the pure oxides were obtained. The samples were deposited by sputtering. The characterization was performed using X-Ray diffraction, Rutherford Backscattering spectrometry, X-Ray Photoemission Spectroscopy, X-Ray Absorption Spectroscopy (mainly XANES) and Atomic Force Microscopy. The electrochemical behavior was analyzed mainly by chronopotentiometry. Each class of oxides presented distinct electrochemical properties. Copper oxide films presented an insertion capacity four times greater than the capacity of the vanadium pentoxide films (109 µAh/cm 2-µm). Vanadium bronzes presented the best stability among all of the investigated materials, and a higher capacity in comparison to vanadium pentoxide. The insertion of vanadium atoms in the CuO structure allowed the obtention of mixed oxides films with higher electrochemical stability if compared to pure CuO films / Doutorado / Superfícies e Interfaces ; Peliculas e Filamentos / Doutor em Ciências

Orientador: Elnatan Chagas Ferreira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-14T08:58:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_NestorEzequielde_M.pdf: 11297935 bytes, checksum: f508b0e6ae1a58f18ecbebc7879ff5fb (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Aproximadamente 40% da energia total produzida no mundo é consumida no setor de transporte, tendo criado uma grande demanda para estudos de fontes alternativas de energia para os veículos. Este trabalho acadêmico tem como por objetivo apresentar um estudo desenvolvido com veículos elétricos (VEs), com o desenvolvimento de projeto de circuitos eletrônicos de aquisição de dados e condicionamento de sinais das grandezas elétricas e mecânicas, tais como tensão da bateria, corrente elétrica consumida, carga da bateria, temperatura, RPM do motor, velocidade da moto elétrica, sendo que todos os dados são georeferenciados. Estes dados fornecem informações importantes sobre as características e o desempenho das motos elétricas estudadas, além de revelar informações que podem demonstrar a viabilidade de se utilizar este veículo em aplicações comerciais. São apresentados os resultados obtidos com o monitoramento destes VEs durante 12 meses. / Abstract: Approximately 40% of the total energy produced in the world is consumed in the transport sector, having created a great demand for studies of alternative sources of energy for the vehicles. This academic work has as for objective to present a study developed with electric motorcycles (VEs), with the development of project of electronic circuits of acquisition of data and conditioning of signs of the electric and mechanical greatness, such as tension of the battery, consumed electric current, load of the battery, temperature, RPM of the motor, speed of the electric moto, and everybody the data are georeferencing. These data supply important information on the characteristics and the acting of the studied electric motorcycles, besides revealing information that can demonstrate the viability of using this vehicle in commercial applications. The results obtained with the monitoration of these (VEs) for 12 months are presented. / Mestrado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Mestre em Engenharia Elétrica

Este trabalho tem por objetivo apresentar um novo conceito para a concepÃÃo de conversores para aplicaÃÃes em energias renovÃveis e carregamento de baterias com um nÃmero reduzido de estÃgios de processamento. SÃo desenvolvidas trÃs topologias diferentes de conversores de alto ganho de tensÃo com um Ãnico estÃgio de processamento e capaz de operar tanto com um banco de baterias como com painÃis fotovoltaicos. A operaÃÃo destes conversores permite que as fontes de entradas (painÃis ou baterias) operem de forma natural, independentemente ou complementarmente, compondo um barramento CC e apresentando a comutaÃÃo suave dos interruptores. Por fim, foram desenvolvidos trÃs protÃtipos para uma potÃncia de 500 W que validam o princÃpio de funcionamento dos sistemas propostos apresentando alto rendimento, alto ganho de tensÃo e boa regulaÃÃo do barramento CC em todos os modos de operaÃÃo. / Taking into account the great technological development on renewable energy systems and their applications on power electronics, this work presents a new concept of converters applied to renewable systems and batteries charging with a reduced number of energy processing stages. This work approaches three different high voltage gain converters topologies with only one processing stage, and with bidirectional capability, with batteries, and with photovoltaic panels. The operation of these converters allow that the inputs (PVpanels or batteries), work independently or simultaneously, in order to compose a single DC bus. Also, proposed topologies present natural soft-switching operation. At last, the three prototypes were developed to work with a nominal power of 500W, validating the operation principle of the proposed system, featuring high efficiency, high voltage gain, and good voltage regulation on the DC bus.

O presente trabalho utilizou a técnica de automontagem camada-por-camada para produzir eletrodos híbridos de poli(o-metoxianilina) e nanopartículas de pentóxido de vanádio. Foram obtidos filmes acusticamente rígidos, homogêneos com relação à massa depositada e com crescimento linear com o número de bicamadas depositadas. A caracterização eletroquímica foi realizada por voltametria cíclica, onde esse filme apresentou alta capacidade de intercalação/desintercalação de íons lítio e de forma reversível. A capacidade eletroquímica desse filme foi então comparada com filmes automontados de poli(dialildimetilamônio)/V2O5 e polialilamina/V2O5. O filme de Poli(dialildimetilamônio) apresentou um crescimento irregular com dissolução das nanopartículas, o que resultou em uma capacidade eletroquímica extremamente inferior ao filme de poli(o-metoxianilina). O filme de polialilamina apresentou uma deposição mais eficiente de V2O5 que o filme de poli(o-metoxianilina), entretanto essa maior quantidade de pentóxido de vanádio não refletiu em um aumento da capacidade do eletrodo. Os resultados de espectroscopia de impedância eletroquímica mostram que o filme de polialilamina é significativamente mais resistivo que o filme de poli(o-metoxianilina). Essa diminuição da condutividade, associada ao fato de que a poli(o-metoxianilina) também participa do processo de eletrointercalação, explicam seu melhor desempenho frente a intercalação de lítio. A difusão iônica do lítio nos filmes automontados foi estudada por varredura linear a diferentes velocidades, foi observado que o coeficiente de difusão no filme com polialilamina é uma ordem de grandeza menor que no filme de poli(o-metoxianilina). Por fim, o desempenho eletroquímico do filme de poli(o-metoxianilina)/V2O5 foi comparado no eletrólito composto por um líquido iônico hidrofóbico [bis(trifluorometanosulfonil)imideto de 1-butil-2,3-dimetil-imidazólio] com um solvente orgânico convencional (carbonato de propileno). O eletrodo se mostrou estável no líquido iônico, com maior capacidade específica e menor perda de capacidade. O desempenho superior ao eletrólito convencional está relacionado com a natureza iônica do líquido iônico e com a dissolução do filme em carbonato de propileno. Esses resultados, associados com o fato de que o líquido iônico estudado é compatível com ânodos de lítio metálico, indicam cátodos de poli(o-metoxianilina)/V2O5 em eletrólitos de (bis(trifluorometanosulfonil)imideto de 1-butil-2,3-dimetil-imidazólio podem desenvolver baterias de lítio de alta capacidade, durabilidade e segurança. / The present work used layer-by-layer technique to assemble hybrid electrodes of poly(o-methoxyaniline) and vanadium pentoxide nanoparticles. The film obtained was acoustically rigid, with homogeneous mass deposition and linear growth over the bilayer deposition. The electrochemical characterization was performed by cyclic voltammetry and the film showed high capacity for lithium intercalation and high reversibility in the extraction process. This film\'s capacity was compared with self-assembled poly(diallyldimetylammonium)/V2O5 and polyallylamine/V2O5. In the poly(diallyldimetylammonium) film, dissolution of the nanoparticles was observed, which reflected on a very low electrochemical capacity. The deposition of vanadium pentoxide was more efficient in polyallylamine, but even with a higher amount of V2O5, this electrode presented a smaller electrochemical capacity than poly(o-methoxyaniline)/ V2O5. Electrochemical impedance spectroscopy measurements showed that the film with polyallylamine was much more resistive than the film with poly(o-methoxyaniline). The smaller conductivity and the fact that poly(o-methoxyaniline) also participates in the electroinsertion processes explains the higher performance of poly(o-methoxyaniline)/ V2O5 electrode. Linear sweep experiments with different scan rates were performed to study the chemical diffusion of lithium in the layer-by-layer films. It was observed that the diffusion coefficient in the polyallylamine film is ten times smaller than in the poly(o-methoxyaniline) film. The capacity poly(o-methoxyaniline)/V2O5 electrode was also compared in different electrolytes; a hydrophobic ionic liquid [1-butyl- 2,3-dimethyl-imidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide] and an organic solvent (propylene carbonate). In ionic liquid the film was stable, had higher capacity and better cyclability, which is related to the ionic nature of the electrolyte and the fact that in propylene carbonate, dissolution of the film was observed. These results, and the possibility of using metallic lithium as anode in [1-butyl-2,3-dimethyl-imidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide], indicates the feasibility of using ionic liquids and poly(o-methoxyaniline)/V2O5 cathodes in safe, durable and high performance lithium batteries.

Orientador: José Antenor Pomilio / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-26T07:38:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Avelino_WellingtondeOliveira_M.pdf: 7672293 bytes, checksum: 3534b3ead7d65fe436c7a493ca065d49 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Este trabalho propõe um sistema de armazenamento de energia híbrido composto por bateria e ultracapacitor para aplicações em veículos elétricos, baseado em uma estratégia de controle que possui o intuito de combinar especialidades de múltiplas fontes que diferem em termos de densidade de energia e de densidade de potência. O sistema atua gerenciando o fluxo de potência entre os dispositivos de suprimento de energia, permitindo eficiência energética necessária para um bom desempenho do sistema de propulsão do veículo elétrico. O sistema também permite o fluxo bidirecional de potência, possibilitando o veículo atuar com frenagem regenerativa. Um conveniente arranjo entre as fontes, juntamente com o gerenciamento de energia permitiu reduzir os requisitos de dimensionamento da bateria que funciona como fonte de maior densidade de energia. Adicionalmente, a vida útil destas fontes e a imunidade do sistema de suprimento a variações bruscas de demanda de potência são melhoradas. A integração do sistema do sistema de gerenciamento implementado em um conversor de potência de 12 kW a um kart indoor elétrico permitiu validar o sistema e analisar experimentalmente o desempenho do veículo, comprovando a eficácia da estratégia de controle / Abstract: This work proposes a hybrid energy storage system for applications on electric vehicles, based on a control strategy that combines multiple power sources with different characteristics in terms of energy density and power density. The system manages energy flow among the storage devices, providing necessary energetic efficiency to guarantee high performance for vehicular propulsion system. In addition, the system permits bidirectional power flow, providing regenerative braking for the vehicle. Convenient organizations among power sources, working with energy management have permitted to reduce requirements for the battery that works as higher energy density power source. At the same time, lifetime for these energy storage devices and immunity for sudden variations are improved. The integration of the power management system implemented in a power converter of 12 kW to an electric indoor kart allowed to validate experimentally and analyze the performance of the vehicle, proving the effectiveness of the control strategy / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: José Antenor Pomílio, Paulo Augusto Valente Ferreira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-21T18:08:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lopes_Juliana_D.pdf: 4449878 bytes, checksum: 6f40b7bd3dbcac957967155e2c1e966e (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O sistema de armazenamento de energia (ESS - Energy-Storage System), em veículos elétricos, constituído por baterias e/ou supercapacitores pode agregar elevado custo ou elevada massa ao veículo caso o número de módulos dessas fontes seja inadequado. Nesta Tese são propostas duas metodologias aplicadas ao dimensionamento da ESS a fim de encontrar configurações de menor massa possível. Essas configurações devem ser capazes de suprir energia para o veículo elétrico em um dado perfil de alto valor de potência requerida. São investigadas ESSs com diferentes tipos de baterias e supercapacitores a fim de se obter um amplo range de escolhas de configurações em relação a peso e custo. Além de uma unidade ESS o veículo possui uma fonte de autonomia que pode ser uma célula a combustível ou uma unidade gerador/motor à combustão interna. A primeira metodologia de dimensionamento investiga configurações de ESS híbridas ou constituídas apenas por baterias ou supercapacitores para um veículo do tipo Sport Utility Vehicle. Esta metodologia utiliza os coeficientes de potência e energia específicas a partir das curvas de Ragone das fontes da ESS. Os resultados mostraram, que, dentre as configurações de ESSs investigadas, que a de menor massa é constituída apenas por supercapacitores de 165 F. A segunda metodologia de dimensionamento investiga configurações de ESSs híbridas para três tipos de veículos: um Sport Utility Vehicle, um micro-ônibus e ônibus de transporte urbano. Esse estudo visa mostrar a viabilidade do emprego da metodologia a veículos com diferentes aspectos físicos. Esta metodologia de dimensionamento destaca-se pela utilização de otimização não Linear na solução do problema cuja função objetivo é a menor massa da ESS. O aspecto inovador desta metodologia está na utilização de otimização na solução do problema referente ao dimensionamento da ESS aplicado ao envelope dos perfis de potência dos ciclos de condução. O envelope é resultante da sobreposição dos perfis de potência relativos aos ciclos de condução de operação dos veículos. O objetivo em utilizar o envelope dos perfis de potência está na abrangência de situações diversas de operação, em eventuais ciclos de condução, nos quais o veículo possa ser conduzido. A metodologia é aplicada a determinados períodos do envelope com alto valor de potência requerida. São propostas duas estratégias de gerenciamento de potência a fim de verificar a atuação entre a ESS, dimensionadas pela metodologia ótima, e a fonte de autonomia no fornecimento da potência requerida pelos veículos. Uma estratégia de gerenciamento é fundamentada em regras e a outra é fundamentada em otimização não Linear. A primeira estratégia foi aplicada para dez repetições de cada ciclo de condução, considerados no dimensionamento da ESS, e apresentou resultados satisfatórios quanto aos limites de operação dos supercapacitores e das baterias. A segunda estratégia de gerenciamento foi aplicada a determinados períodos dos ciclos de condução, nos quais, em relação à estratégia em regras, observou-se a atuação da fonte de autonomia. Os resultados mostraram que é possível obter maior economia de combustível, pois a fonte de autonomia permaneceu desativada com o emprego da estratégia de gerenciamento ótima. As duas estratégias de gerenciamento foram aplicadas aos três tipos de veículos / Abstract: The energy-storage system (ESS) of electric vehicles with batteries and/or ultracapacitors can add high cost or high mass to the vehicle if the number of modules of these sources is not appropriate. Two sizing methodologies applied to the ESS are proposed in this Thesis. These methodologies aim ESSs configurations of lowest mass. The obtained configurations must be able to supply power when the electric vehicle is driven in a certain profile of high value of power required. ESSs with different types of batteries and ultracapacitors are studied to achieve a broad range of choices of configurations in relation to weight and cost. Besides an ESS unity the electric vehicle has an autonomy source that can be a fuel cell or a generator/internal combustion engine unity. The first sizing methodology investigates different ESSs configurations for a Sport Utility Vehicle type. This methodology is based on Ragone curves of the sources from which the specific power and specific energy coefficients are obtained. The ESS of lowest mass is found by using these coefficients and the power required that must be constant. Among the ESSs configurations analyzed the results showed that the ESS of lowest mass is formed only by ultracapacitors modules of 165 F. The second methodology investigates configurations of hybrid ESSs for three vehicle models: one Sport Utility Vehicle, one minibus and one urban transit bus. This study aims to show the viability of using the methodology in vehicles with different physical characteristics. This methodology is highlighted by the use of nonlinear optimization to solve the ESS sizing problem whose objective function is the lowest mass of ESS. The innovative aspect of this methodology is the use of optimization to solve the ESS sizing problem applied to the power envelope of the driving cycle profiles. The envelope is resulting of the superposition of the power profiles related to the driving cycles in which the vehicle is driven. The purpose of using the envelope of the power profiles is to comprise different situations, in any driving cycles, in which the vehicle can be driven. The methodology is applied to certain periods of the envelope with high value of power required. Two power management strategies are proposed to manage the ESSs, sized by the optimum methodology, and the autonomy sources to supply continuously the power required by the vehicle. One power management strategy is based on rules and the other one is also based on nonlinear optimization technique. The first one was applied to ten repetitions of each driving cycle and presented good results related to batteries and ultracapacitors operational limits. The second one was applied to certain periods of the driving cycles in which the autonomy source provides nominal power related to the strategy based on rules. The results of the optimum power management strategy showed that it is possible to obtain improved fuel economy, since the autonomy source remained turned off. Both strategies were applied to the three vehicle models / Doutorado / Automação / Doutora em Engenharia Elétrica