Os dispositivos móveis agregam mobilidade, comodidade e facilidade de uso, contudo, têm o tempo de funcionamento limitado pela duração da fonte de energia, ou seja, pelo tempo de vida da bateria. As baterias recarregáveis, utilizadas em dispositivos móveis, têm capacidade finita para armazenamento de energia, necessitando a cada período de uso uma recarga. Diante disso, investigar o comportamento dinâmico do processo de descarga de uma bateria, visando predizer o seu tempo de vida e, por consequência o tempo de funcionamento do dispositivo móvel, tem fundamental importância. Um dos métodos para realizar a predição é a utilização de modelos matemáticos. Estes descrevem o comportamento dinâmico da descarga de uma bateria a partir de suas características físicas reais ou de um conjunto reduzido de dados obtidos em ensaios. Neste contexto, o presente trabalho realiza a modelagem matemática para predição do tempo de vida de baterias de Lítio-Íon Polímero (Li-Po) a partir da aplicação de modelos analíticos tradicionais. São analisados e validados os principais modelos desta classe a partir de ensaios reais. Além disso, uma extensão à Lei de Peukert é desenvolvida, com ganho significativo de acurácia, bem como propostas novas metodologias de resolução aos modelos cinético de Manwell e McGowan, e ao modelo de difusão de Rakhmatov e Vrudhula, melhorando sensivelmente seus desempenhos, no que se refere a predição do tempo de vida de baterias do tipo Li-Po. / 100 f.

Com o mercado dos dispositivos móveis em expansão, a necessidade de desenvolver tecnologias que atendam a demanda por energia se intensi cou. Geralmente, estes dispositivos móveis são alimentados por uma bateria que deve ser recarregada a cada intervalo de tempo. Por esta razão, é importante conhecer o tempo que a bateria mantém o dispositivo operacional, isto é, seu tempo de vida. Um dos métodos para realizar a predição do tempo de vida de baterias de dispositivos móveis é a utilização de modelos matemá- ticos, que simulam o processo de descarga de energia das baterias. Entre os modelos mais referenciados na literatura técnica, destacam-se os modelos eletroquímicos, os modelos de circuitos elétricos, os modelos estocásticos, os modelos analíticos, os modelos via teoria de Identi cação de Sistemas e os modelos híbridos. Os modelos híbridos são vantajosos, pois permitem a união de dois ou mais modelos de características distintas. Inserido nessa categoria, este trabalho tem por objetivo propor a modelagem matemática do tempo de vida de baterias de Lítio Íon Polímero (Li-Po), através do desenvolvimento de um modelo híbrido baseado na união do modelo elétrico para Predizer Runtime e Características V-I de uma bateria e do modelo analítico Lei de Peukert Estendida. O modelo é implementado computacionalmente na ferramenta computacional MatLab. Os dados experimentais são obtidos de uma plataforma de testes que simula o descarregamento de baterias, considerando baterias do tipo Li-Po. A validação ocorre a partir da comparação das simulações realizadas, com os dados da plataforma, utilizando per s de descarga constantes e variáveis. Por m, é realizada a comparação do modelo obtido com outros modelos na literatura. Os resultados das simulações comprovam que o modelo hí- brido proposto é mais simples e computacionalmente exível, quando comparado a outros modelos híbridos, além de apresentar resultados satisfatórios para a predição do tempo de vida de baterias. / 94 f.

Unmanned ground and aerial vehicles (UGVs and UAVs) have strict payload limitations, limited free space affecting on board power availability resulting in limited endurance and operational range. This limitation is exacerbated by the addition of sensors, actuators and other related equipment needed to accomplish mission objectives in diverse applications. Two energy sources are mainly available for mobile applications; batteries and fuel cells. Batteries are a relatively cheap, tested technology with good performance under varying loads. On the other hand, fuel cells offer fast and easy refueling solutions. Furthermore, preliminary studies have shown that a hybrid system can combine the advantages of both technologies offering a superior system. It is true that for most outdoors applications, payload needs, sensor suite utilization and energy requirements are apriori unpredictable. This makes proper sizing of energy storage devices and the prediction of remaining available energy rather difficult tasks. This research proposes an indirect way of improving the operational range for UAVs of Vertical Take Off and Landing (VTOLs), since the VTOL vehicle is transported to the mission site without the need to fly. The proposed gimballed platform, which will be a power source itself, rotates around two axes perpendicular to each other, allowing the VTOL to take-off and land, regardless of the position of the UGV, while securing it during transportation. The UGV can also serve as a charging station for the VTOL. Furthermore, this research proposes a Matlab Simulation tool that can simulate the energy and power demand of small to mid-sized robotic vehicles. This model will simulate the power consumption in the motors based on Skid steering, road gradient, linear and angular velocity. With the energy and power requirements estimated, a Matlab optimization tool is proposed to be used to determine the optimal configuration of a power system for mobile applications under constraints relating to capacity/runtime, weight, volume, cost, and system complexity. The configuration will be based on commercially available batteries, and fuel cells to significantly reduce cost and delivery time. The optimization tool can be used for any mobile application. Finally, a new model is proposed for the accurate prediction of battery runtime and remaining energy for single battery discharge. This model reformulates Peukert's equation and achieves higher accuracy by introducing a new concept of variable exponent which is a function of battery capacity and discharge current.