28499

بررسي تجربي عملكرد يك سيستم مديريت حرارتي تركيبي هوشمند با به كارگيري مواد تغيير فاز دهنده به همراه لوله‌هاي آب خنك براي يك ماژول ليتيومي خودروي برقي با هدف كاهش مصرف انرژي خنك‌كاري

كارشناسي ارشد

مهندسي خودرو

1399

1401/12/23

غلامرضا مولايي منش

مسعود دهمرده

مهندسي خودرو

امروزه فراواني تعداد خودروها و افزايش مصرف سوخت‌هاي فسيلي در آن‌ها و به تبع آن افزايش آلودگي هوا، بشر را ناگزير به استفاده از انرژيهاي سبز و غير آلاينده در خودروهاي الكتريكي كرده است. يكي از مهم‌ترين اجزاي خودروهاي الكتريكي باتري است كه نقش اصلي را در خودروهاي برقي و نقش مكمل را در خودروهاي هيبريد ايفا مي‌كند. در خودروهاي هيبريدي و برقي، باتري‌هاي ليتيومي به دليل انرژي مخصوص بالا، چگالي انرژي بالا و ميزان خود تخليه پايين مورد توجه و استفاده بيشتري قرار گرفته‌اند. محدوديت اصلي در تكنولوژي اين نوع باتري‌ها، وابستگي شديد راندمان و عمر آنها به دما مي‌باشد. بنابراين وجود يك سيستم مديريت حرارتي جهت كنترل دماي سلول‌هاي باتري، بخصوص خنك‌كاري آن‌ها در دماهاي بالا امري مهم و ضروري است. استراتژي‌هاي خنك‌كاري باتري به سه دسته‌ي اصلي خنك‌كاري فعال، خنك‌كاري غيرفعال و خنك‌كاري تركيبي تقسيم‌بندي مي‌شود. در روش فعال، جهت خنك‌كاري انرژي صرف ‌مي‌گردد، نظير آن چه در سيستم‌هاي مديريت حرارتي آب-خنك ديده مي‌‌شود. در روش غيرفعال خنك‌كاري بدون صرف انرژي صورت ‌مي‌پذيرد، نظير استفاده از موادي با ظرفيت ذخيره سازي حرارتي بالا مانند مواد تغيير فاز دهنده، ولي اين سيستم‌هاي خنك‌كاري كنترل پذير نمي‌‌‌‌‌‌باشند. در روش‌هاي تركيبي از تلفيق دو روش فوق بهره برده مي‌‌شود. به تازگي سيستم‌هاي كنترل هوشمند در خودروها به كمك سيستم‌هاي مديريت حرارتي آمده‌اند، تا مصرف انرژي و توليد كربن و آلاينده‌ها به حداقل ممكن برسد. در اين پژوهش ما به بررسي تجربي يك سيستم مديريت حرارتي تركيبي آب-خنك به همراه مواد تغيير فاز دهنده براي سلول‌هاي يك ماژول مي‌پردازيم كه دماي توليد شده توسط هر سلول به صورت دقيق به وسيلهي سنسور اندازهگيري شده و به عنوان ورودي به كنترلر داده و تلاش مي‌شود تا علاوه بر مديريت حرارتي باتري، انرژي صرف شده براي فن و پمپ را كاهش دهيم و با تعريف منطق كنترلي بر مبناي اختلاف دماي سلول‌ها و دماي ميانگين مجموعه باتري و اعمال خروجي‌هاي كنترلي به فن و پمپ، نشان مي‌دهيم با حفظ پارامترهاي دمايي يك مجموعه باتري مي‌توان تا 30 درصد در مصرف انرژي خنك‌كاري صرفه‌جويي كرد.

1402/04/13

Intelligent hybrid thermal management of a Li-ion battery module with phase change material and cooling water pipes for an electric vehicle for reducing cooling energy consumption: experimental investigation

3/13/2024 12:00:00 AM

Today, the large number of cars and the increase in fossil fuel consumption in them and the consequent increase in air pollution have forced mankind to use green and non-polluting energies in electric cars. One of the most important components of electric cars is the battery, which plays the main role in electric cars and the complementary role in hybrid cars. In hybrid and electric cars, lithium batteries have received more attention and use due to their high specific energy, high energy density, and low self-discharge rate. The main limitation in the technology of these types of batteries is the high dependence of their efficiency and life on temperature. Therefore, the existence of a thermal management system to control the temperature of battery cells, especially their cooling at high temperatures, is important and necessary. Battery cooling strategies are divided into three main categories: active cooling, passive cooling, and hybrid cooling. In the active method, energy is used for cooling, like what is seen in water-cooled thermal management systems. In the passive method, cooling takes place without spending energy, such as using materials with high heat storage capacity, such as phase change materials, but these cooling systems are not controllable. In hybrid methods, the combination of the above two methods is used. Recently, intelligent control systems in cars have come with the help of thermal management systems, so that energy consumption and the production of carbon and pollutants are as low as possible. In this research, we are conducting an experimental study of a hybrid water-cooled thermal management system with phase change materials for the cells of a module, which tries not only battery thermal management but also reduce the cooling energy consumption for fan and pump. We show that by defining the control logic based on the temperature difference of the cells and the average temperature of the battery set and applying controller outputs to the fan and pump it is possible to maintaining the temperature parameters of a battery set and save up to 30% in cooling energy consumption.

خودروي الكتريكي، باتريهاي ليتيوم-يوني ، مديريت حرارتي باتري، خنك‌كاري هوشمند، كاهش مصرف انرژي خنك‌كاري

Electric car, Lithium-ion batteries, Battery thermal management, Intelligent cooling, Reducing cooling energy consumption

Ahmad Talepour Ardekani

Gholam Reza Molaeimanesh