19328

۱۹۳۲۸

طراحي و شبيه سازي سيستم مديريت حرارتي فعال براي مجموعه ي باتري مورداستفاده در خودروهاي الكتريكي

كارشناسي ارشد

سيستم هاي قواي محركه

93-95

۱۳۹۶/۷/۴

دكتر محمد حسن شجاعي فرد

دكتر غلامرضا مولائي منش

خودرو

اخيراً سيستم‌هاي حمل‌ونقل الكتريكي به¬عنوان گزينه¬اي بالقوه براي كاهش كربن ناشي از حمل‌ونقل روزبه‌روز در حال بهبود مي¬باشد. باتري¬هاي ليتيوم¬يوني به¬عنوان گزينه¬اي مناسب براي استفاده در خودروهاي الكتريكي دوگانه (HEVs) و خودروهاي تمام الكتريكي (EVs) درنظر گرفته¬مي¬شوند و كنترل دماي اين نوع از باتري¬ها به¬منظور افزايش عملكرد بلند¬مدت و با دوام آن¬ها ضروري به¬نظر مي¬رسد. متأسفانه مديريت حرارتي باتري (BTM) به¬دليل اطلاعات ناكافي در رابطه با رفتار حرارتي باتري¬ها، آن-طوركه بايد موردتوجه قرار نگرفته¬است. عملكرد سلول به¬شدت با تغييرات دما تحت تأثير قرار مي¬گيرد درصورتي‌كه در يك دماي بهينه مورداستفاده قرارگيرد عملكرد آن بيشينه است. اين پايان‌نامه ابتدا مروري بر دو مبحث توسعه مدل¬هاي حرارتي باتري و استراتژي¬هاي مرتبط با مديريت حرارت باتري ارائه مي¬نمايد، و اثرات حرارتي باتري¬هاي ليتيوم¬يوني بر اساس سوانح حرارتي و عملكرد آن در دماهاي سرد موردمطالعه و روش¬هاي توليد گرما باهدف آناليز حرارتي دقيق باتري موردبحث قرار مي¬دهد. علاوه¬براين به‌منظور بررسي چالش¬ها و شكاف¬هاي موجود بين تحقيقات و كاربرد روش¬هاي حاضر مديريت حرارتي باتري كه توسط توليدكننده¬هاي خودرو استفاده¬مي¬شود، موردمطالعه قرار مي¬گيرند؛ و در آخر دو ماژول ۵ تايي و۳۰‌ تايي باتري ليتيومي براي سيستم مايع¬خنك، طراحي و شبيه‌سازي‌ مي¬شود. و تأثير عوامل مختلف مانند سرعت جريان ورودي، ميزان حرارت توليدي، دماي سيال ورودي و فاصله سلول¬ها بررسي¬مي¬كند. با طراحي و شبيه¬سازي مدل حرارتي سه¬بعدي براي بسته باتري ليتيوم¬¬-يون روش جديد TMS مايع¬خنك شرح داده-مي¬شود كه در آن سل¬ها توسط المنت¬هاي هدايتي آلومينيومي انتقال گرما را انجام مي¬دهند، و المنت¬هاي هدايتي مي¬توانند به¬طور مؤثري توزيع دما در بسته باتري را يكنواخت كنند. نتايج نشان¬مي¬دهدكه TMS شبيه¬سازي¬شده به¬طور مؤثري بسته را سرد مي¬كند بنابراين، نتيجه گرفته مي¬شود كه TMS فشرده و جديد مي¬تواند به¬طور مؤثري تحت شرايط سخت كاركرده و نامزد مناسبي براي بسته باتري وسايل نقليه الكترونيكي ¬باشد.

1397/06/27

Design and simulation of an active thermal management system for battery pack of electric vehicles

9/18/2018 12:00:00 AM

Abstract: Electric powertrains are now being developed as a solution for reducing CO2 emission of transportation sector. Li-ion batteries are crucial part of EVs and HEVs which makes their thermal control even more important to ensure optimal performance and longevity. Unfortunately and due to lack of knowledge about thermal behavior of EV batteries, battery thermal management or BTM is often neglected in preliminary steps of vehicle design. In fact, performance of a battery cell is strongly affected by its temperature and peaks in an optimal temperature. In this thesis, thermal model development and thermal management strategies are first discussed. Performance of Li-ion batteries in different thermal related conditions especially cold conditions is also investigated. The goal is to study means of heat production and thermal analysis of a battery cell. Moreover, current BTM methods utilized by different automotive manufactures are discussed and evaluated with academic findings of recent years. Design and simulation of a liquid-cooled battery module of 5 and 30 cells plus analysis of different parameters like inlet velocity, heat production, inlet temperature and cell distance is also presented in this thesis. With this 3D model of Li-ion battery pack, a new method of thermal management system is presented in which heat rejection is done with aluminum cells in a more uniform way. Results showed that this new TMS can effectively cool the battery pack and thus is a better candidate for EV utilization under heavy loads.