27518

بهبود عملكرد سيستم مديريت گرمايي باتري با استفاده از صفحات خنك كننده، ميكرو كانال و محيط متخلخل

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك

1398

1401/6/19

آيت قره قاني

مهندسي مكانيك

تغييرات اقليمي از مهم¬ترين چالش¬هاي پيش روي بشر براي بقا در كره زمين است. عوامل متعدد مانند گاز¬هاي گلخانه¬اي عامل بر تغييرات اقليمي هستند كه سيستم حمل نقل يكي از عوامل مهم در توليد اين نوع آلودگي¬ها است. در ساليان اخير خودروهاي الكتريكي به عنوان جايگزيني براي خودرو¬هاي تجاري مرسوم توسعه داده شده¬اند. مهم¬ترين چالش در توسعه و همه¬گيري خودرو¬هاي الكتريكي سيستم ذخيره ساز انرژي آنهاست كه از ميان كانديد¬هاي مختلف باتري¬هاي ليتيوم يون ويژگي¬هاي بهتري را نشان داده¬اند. اما عامل مهم در بكارگيري اين نوع باتري¬هاي محيا بودن شرايط كاري آنها به خصوص شرايط دمايي است. دماي كاري اين باتري¬هاي بايد در محدوده مشخص بين ℃ 20 تا ℃ 50 و حداكثر اختلاف دماي آنها زير ℃ 5 باشد. سيستم مديريت گرمايي در خودرو¬هاي الكتريكي وظيفه دفع حرارت از سلول¬هاي باتري و تامين شرايط كاري مناسب را بر عهده دارد. در اين مطالعه سيستم مديريت گرمايي باتري بر پايه سيستم خنك كننده مايع توسعه داده شده است. 6 هندسه ميكروكانال مختلف براي استفاده در صفخات خنك كننده طراحي و به صورت عددي با نرخ¬هاي جريان بين m/s 3/0 تا m/s 2 در سه دماي محيط ℃20، ℃ 25 و ℃ 35 شبيه سازي شده است. نتايج نشان مي¬دهند كه استفاده از ميكروكانال با ديواره موج دار مي¬تواند باعث كاهش 4 تا ℃ 6 حداكثر دماي باتري شود در حاليكه تغييرات حداكثر دماي باتري در محدوده مجاز حفظ مي¬شود. به كار گيري فوم فلزي آلومينيوم در ميكروكانال باعث عمكلرد حرارتي مناسب سيستم مديريت گرمايي باتري شده و باعث كاهش ℃ 14 حداكثر دماي باتري در شرايط اقليمي نامناسب مي¬شود. تعبيه لايه نازك از فوم فلزي آلومينيوم در كناره ديواره¬هاي ميكرو كانال حداكثر دماي باتري را به اندازه 2 تا ℃ 4 نسبت به ميكروكانال ساده كاهش دهد. مصرف انرژي ناشي از پمپ نيز در اين مطالعه مدنظر قرار گرفته است. در شرايط اقليمي با دماي محيط ℃ 35 استفاده از فوم فلزي آلومينيوم تنها گزينه در كاهش دماي باتري است و در مقابل افزايش چشمگير توان پمپ نتيجه به كارگيري اين نوع ميكرو كانال است. اما در ساير شرايط اقليمي استفاده از ميكرو كانال با ديواره موج دار منجر به كاهش نرخ دبي جريان براي تامين دماي كاري باتري مي-شود كه در نتيجه آن توان پمپ بين 50 تا 73% كاهش يافته است. همچنين در ساير شرايط اقليمي ميكرو كانال با لايه نازك فوم فلزي آليومينيوم در كنار ديواره¬ها توان پمپ را نسبت به ميكرو كانال موج دار 50% كاهش داده است.

1401/09/26

Proposing a novel structure of hybrid LCP for battery thermal management system using wavy microchannel and metal foam

9/10/2023 12:00:00 AM

Climate change become most important challenge for mankind to survival on earth. Multiple factors are led to global warming such as greenhouse gases which transpiration systems is one of the most important factors in their production. Recently electric vehicles (EV) are developed as an alternative for internal combustion (IC) engine vehicles. Energy storage are the effective challenge faced EVs development which among all candidate, lithium-ion batteries showed best characteristic to deploy in EVs. Important factor for li-ion batteries is their working condition include working temperature which must be between 20 to 50 ℃ and temperature difference lower than 5℃. Battery thermal management system (BTMS) dissipate generated heat inside battery and provide suitable working condition. In this study, a novel liquid-cooling battery thermal management proposed. 6 microchannel geometries to use in cold plate designed and under different working condition such as 0.3 to 2 m/s flow velocity and at 20, 25, and 35 ℃ ambient condition numerically investigated. Results showed that, deploy wavy wall micro channel led to decrease maximum temperature 4 to 6 ℃ while temperature difference maintain lower than 5℃. Metal foam embedding reduce battery maximum temperature 14 ℃ at extreme working condition. In addition, embedding a thin layer of metal foam in the vicinity of microchannel wall reduce maximum temperature 2 to 4 ℃ compared to straight microchannel while show battery hydraulic performance compared to fully embedded metal foam. Pumping power as an important parameter considered in this study. Wavy wall microchannel led to reduce fluid flow which reduce pumping power between 50 to 73%. However, at specific environmental condition thin layer metal foam embedded microchannel decrease pumping power slightly lower than 50% compared to other geometries.

سيستم مديريت گرمايي باتري , خودرو الكتريكي , ديناميك سيالات محاسباتي

battery thermal management system , electric vehicle , CFD

Moeed Rabiei

Dr Ayat Gharehghani