شماره ركورد
28790
پديد آورنده
محمد مستاجران
عنوان
طراحي يك سيستم مديريت حرارتي با بكارگيري مواد تغيير فاز دهنده براي يك پك باتري خودرو برقي با هدف كاهش ميزان انتشار گازهاي گلخانهاي
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي خودرو
سال تحصيل
99-1402
تاريخ دفاع
1402/4/31
استاد راهنما
غلامرضا مولائي منش
دانشكده
خودرو
چكيده
افزايش روز افزون گازهاي گلخانهاي نظير دي اكسيد كربن و در پي آن، پديدهي گرمايش زمين، موجب بروز
نگراني براي آينده بشر شده است. براي كمك به كاهش انتشار اين گازها، استفاده از منبع انرژي جايگزين سوخت-
هاي فسيلي يك هدف تحقيقاتي حياتي است. خودروهاي برقي با قواي محركه برقي و منبع انرژي باتريهاي
ليتيوم-يون از جمله وسايل نقليه بدون آلودگي محسوب ميشوند. اما در ديد كلان و نگاه چرخه عمر، توليد و
انتقال اين باتريها ميتواند آلودگي داشته باشد. از اين رو، بررسي راهكارهاي افزايش عمر اين باتريها با هدف
كاهش انتشار كربن آنها حائز اهميت است. مديريت حرارتي باتريها به نحو مناسب، ميتواند سبب افزايش عمر
آنها شود. براي اين منظور، استفاده از مواد تغيير فاز دهنده با توجه به مزايايي نظير عدم مصرف انرژي و توانايي
ايجاد توزيع يكنواخت دما، مورد توجه جدي محققين در چند سال اخير ميباشند. اما اين امكان وجود دارد كه
خود اين مواد ميزان انتشار كربني بالايي داشته باشند. هدف از اين پژوهش، استفاده از مواد تغيير فاز دهنده در
مديريت حرارتي باتري، بررسي انتشار كربني در طول چرخه عمر باتري، و در نهايت مقايسه اين ميزان انتشار
كربني با حالت خنك كاري با هوا و بدون مديريت حرارتي است. روش انجام كار به اين صورت است كه پروفيل
شارژ-دشارژ يك تك سلول باتري خودرو نيسان ليف براي شرايط واقعي در طي دماهاي مختلف سال از نرمافزار
آمسيم استخراج شده است. سپس با در دست داشتن اين پروفيل جريان متغير، در سه حالت بدون مديريت
حرارتي، هوا-خنك و استفاده از مواد تغيير فاز دهنده در نرمافزار فلوئنت بر اساس ديناميك سيالات محاسباتي
اين تك سلول شبيهسازي شده است. فرض گرديده است اين خودرو ساعت 7صبح و 5عصر در 22روز از هر ماه
سيكل WLTPرا طي ميكند (معادل به ترتيب حركت از منزل به محل كار و از محل كار به منزل). بررسيهاي
فصل به فصل براي تك سلول باتري انجام شد. در مرحله بعد، با استفاده از خروجيهاي نرمافزار فلوئنت ارزيابي
عمر سلول توسط مدل عمر آمسيم انجام شده و عمر باتري در هر حالت مديريت حرارتي محاسبه و مقايسه شده
است. در مرحله آخر، انتشار كربني هر حالت از مديريت حرارتي با استفاده از بانك دادهي نرمافزار گريت انجام و
با يكديگر مقايسه شده است. در انتها مشخص ميشود، استفاده از مواد تغيير فاز دهنده در طول يك بازه زماني
مشخص 20ساله، هم در افزايش عمر باتري و هم در كاهش انتشار كربني بهتر از سيستم مديريت حرارتي هوا-
خنك، و سيستم مديريت حرارتي هوا-خنك بهتر از عدم استفاده از مديريت حرارتي روي باتري است
تاريخ ورود اطلاعات
1402/07/09
عنوان به انگليسي
Designing a thermal management system using phase change materials for an electric vehicle battery pack with the aim of reducing greenhouse gas emissions
تاريخ بهره برداري
7/21/2024 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
محمد مستاجران
چكيده به لاتين
The ever-increasing increase of greenhouse gases such as carbon dioxide, followed by global
warming, has caused concern for the future of mankind. To help reduce the emission of these
gases, the use of alternative energy sources to fossil fuels is a vital research goal. Electric vehicles
with electric propulsion and lithium-ion batteries as energy sources are among pollution-free
vehicles. But in the macro view and life cycle view, the production and transportation of these
batteries can cause pollution. Therefore, it is important to investigate the ways to increase the life
of these batteries with the aim of reducing their carbon emissions. Proper thermal management of
batteries can increase their life. For this purpose, the use of phase change materials, due to
advantages such as no energy consumption and the ability to create a uniform temperature
distribution, has been a serious concern of researchers in recent years. But it is possible that these
materials themselves have a high carbon emission rate. The purpose of this research is to use phase
change materials in the thermal management of the battery, to investigate the carbon emission
during the battery life cycle, and finally to compare this amount of carbon emission with air cooling
and without thermal management. The method of doing the work is that the charge-discharge
profile of a single battery cell of Nissan Leaf car for real conditions during different temperatures
of the year is extracted from the Amesim software. Then, with this variable flow profile in hand,
it has been simulated in three modes without thermal management, air-cool and using phase change
materials in Fluent software based on the computational fluid dynamics of this single cell. It is
assumed that this car goes through the WLTP cycle at 7 am and 5 pm on 22 days of every month
(equivalent to moving from home to work and from work to home respectively). Season-by-season
reviews were done for single battery cells. In the next step, using the Fluent software outputs, the
cell life is evaluated by the Amesim's life model, and the battery life in each thermal management
mode is calculated and compared. In the last step, the carbon emission of each mode of thermal
management has been done using the data bank of Grate software and compared with each other.
In the end, it is clear that the use of phase change materials during a certain period of 20 years,
both in increasing battery life and in reducing carbon emissions, is better than the air-cool thermal
management system, and the air-cool thermal management system is better. from not using thermal
management on the battery.
كليدواژه هاي فارسي
خودروي برقي، باتري ليتيوم يون، سيكل رانندگي، چرخه عمر، مواد تغيير فاز دهنده، محاسبه عمر، رد پاي كربن
كليدواژه هاي لاتين
Electric vehicle, Lithium-ion battery, Driving cycle, Life cycle, Phase-change materials, Lifetime calculation, Carbon footprint
Author
Mohammad Mostajeran
SuperVisor
Gholamreza Molaeimanesh