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Tipo: Dissertação
Título: Projeto de um sistema de armazenamento de energia para caminhões de mineração híbridos considerando os perfis de missão e a degradação do banco de baterias
Autor(es): Travassos, Fabrício Carneiro
Primeiro Orientador: Soares, Guilherme Márcio
Co-orientador: Cupertino, Allan Fagner
Membro da banca: Barros, Rodrigo Cássio de
Membro da banca: Oliveira, Janaína Gonçalves de
Resumo: A eletrificação parcial de caminhões fora de estrada em operações de mineração representa uma alternativa promissora para redução do consumo de diesel e das emissões de gases de efeito estufa associadas, porém impõe desafios técnicos e econômicos significativos relacionados ao dimensionamento ótimo do sistema de armazenamento em baterias. O principal desafio consiste em determinar a capacidade do banco de baterias capaz de equilibrar custo de investimento, degradação eletroquímica e benefícios decorrentes da recuperação de energia regenerativa ao longo da vida útil do equipamento. Este trabalho propõe um modelo dinâmico integrado para simulação do estado de carga, degradação cíclica e de calendário, fluxo energético e desempenho econômico de um sistema de armazenamento aplicado a caminhões fora de estrada. A metodologia foi avaliada a partir de perfis de potência operacionais reais de minas brasileiras, representando diferentes ciclos de missão e condições topográficas. O modelo incorpora contagem de ciclos pelo método rainflow, equações empíricas de envelhecimento eletroquímico e uma formulação de custo total descontado ao longo de um horizonte de 60 meses. O problema de dimensionamento é tratado como uma otimização de caixa-preta, sendo resolvido por meio de otimização bayesiana, adequada a funções objetivo não lineares e computacionalmente custosas. Os resultados demonstram que o perfil operacional exerce influência decisiva sobre a capacidade ótima do banco de baterias e sobre a viabilidade econômica da eletrificação parcial. Para os três perfis reais analisados, observaram-se reduções de custo total descontado de 14,62%, 54,39% e 30,11%, respectivamente, quando comparados ao cenário exclusivamente a diesel. Verificou-se que perfis com maior potencial de recuperação de energia regenerativa apresentam maior atratividade econômica, mesmo quando associados a múltiplas substituições do banco de baterias ao longo do horizonte considerado. As análises de sensibilidade indicam que o custo da energia é o parâmetro de maior influência no processo de dimensionamento, enquanto variações no estado de carga inicial apresentam impacto marginal sobre o ponto ótimo. Os resultados obtidos reforçam a importância da caracterização específica do ciclo de trabalho da mina para a definição de estratégias de eletrificação, evidenciando que o dimensionamento ótimo não é universal, mas fortemente dependente das características energéticas da operação.
Abstract: The partial electrification of off-highway haul trucks in mining operations represents a promising pathway for reducing diesel consumption and associated emissions. However, it introduces significant technical and economic challenges related to the optimal sizing of battery energy storage systems. The central challenge lies in determining the battery pack capacity that balances capital investment, electrochemical degradation, and the economic benefits derived from regenerative energy recovery throughout the equipment’s operational life. This work proposes an integrated dynamic model for simulating state of charge evolution, cycle and calendar degradation, energy flow, and economic performance of a battery energy storage system applied to off-highway haul trucks. The methodology was evaluated using real operational profiles from Brazilian mining sites, representing distinct mission cycles and topographic conditions. The model incorporates rainflow cycle counting, empirical electrochemical aging equations, and a discounted total cost formulation over a 60-month horizon. The sizing problem is treated as a black-box optimization and solved using Bayesian optimization, which is suitable for nonlinear and computationally expensive objective functions. The results demonstrate that the operational profile has a decisive influence on both the optimal battery capacity and the overall economic feasibility of partial electrification. For the three real-world profiles analyzed, discounted total cost reductions of 14.62%, 54.39%, and 30.11% were achieved, respectively, when compared to a diesel-only baseline scenario. Profiles with higher regenerative energy potential exhibited greater economic attractiveness, even when multiple battery replacements were required within the analyzed horizon. Sensitivity analyses indicate that energy cost is the most influential parameter in the sizing process, while variations in the initial state of charge have marginal impact on the optimal solution. The findings reinforce that optimal battery sizing is not universal but strongly dependent on the specific energy characteristics of the mining operation, highlighting the importance of mission-specific modeling in fleet electrification strategies.
Palavras-chave: Armazenamento de energia
Baterias de íon-lítio
Degradação de baterias
Eletrificação de caminhões de mineração
Energy storage
Lithium-ion batteries
Battery degradation
Mining truck electrification
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Sigla da Instituição: UFJF
Departamento: Faculdade de Engenharia
Programa: Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Attribution 3.0 Brazil
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URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/20385
Data do documento: 13-Mar-2026
Aparece nas coleções:Mestrado em Engenharia Elétrica (Dissertações)



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