27963

طراحي و شبيه‌سازي يك سيستم مديريت حرارتي مبتني بر مواد تغييرفازدهنده و لوله‌ي حرارتي براي يك مـاژول باتري ليتيومي

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك- مهندسي خودرو - قواي محركه خودرو

1399

1401/12/1

غلامرضا مولائي منش

مهندسي مكانيك

با فراگير شدن صنعت خودروهاي هيبريدي و برقي، بسياري از كارخانه‌ها و شركت‌ها در حال رقابت بر سر پيشرفت و بالا بردن بهرهوري اجزاي اين خودرو‌ها هستند. يكي از مهم‌ترين اجزاي اين خودروها باتري است. خنك كاري و مراقبت از اين جز اصلي از اهميت ويژه‌اي برخوردار است. با توجه به گسترش استفاده از لوله‌هاي حرارتي در سيستم‌هاي خنك كننده جهت بهبود انتقال حرارت و تأثير چشم گير ماده‌ي تغيير فاز دهنده در كنترل دماي باتري، در اين پژوهش به طراحي و شبيه‌سازي يك سامانه‌ي مديريت حرارتي تركيبي شامل ماده‌ي تغيير فازدهنده و لوله‌ي حرارتي مي‌پردازيم. براي شبيه‌سازي رفتار سلول‌ باتري، از روش NTGK استفاده مي‌كنيم و بدين وسيله، به شبيه‌سازي مديريت حرارتي چهار سلول منشوري Ah 50 كه به صورت سري به يكديگر متصل هستند، در نرخ هاي تخليه C1، C2 و C3 مي‌پردازيم. در اين پژوهش به دنبال بررسي تأثير پارامترهاي ضريب جابجايي سيال خنك‌كن، دماي سيال خنك‌كن، رسانايي لوله‌هاي حرارتي، دماي شروع به كار لوله‌ي حرارتي، دماي شروع به كار سيال خنك‌كن، وجود صفحات رسانا و جنس اين صفحات مي‌باشيم. در صورتي كه از سامانه‌ي مديريت حرارتي پيشنهادي استفاده كنيم، دماي متوسط سلول‌ها در نرخ C 1 از 326/42 به 300/2 كلوين، در نرخ C 2 از 366/76 به 307/35 كلوين و در نرخ C 3 از 405/97 به 319/26 كلوين كاهش مي‌‌يابد. با بررسي نتايج بدست آمده مشاهده مي‌كنيم كه هرچه ضريب جابجايي سيال خنك بزرگتر، دماي سيال خنك كمتر، رسانايي لوله‌ي حرارتي بيشتر، دماي فعال شدن لوله‌ي حرارتي كمتر و دماي شروع به كار سيال خنك كمتر باشد، دماي بيشينه‌ و متوسط سلول‌ها كاهش مي‌يابد و وجود صفحات رسانا باعث بهبود مديريت حرارتي سلول‌ها مي‌شود.

1401/12/14

Design and simulation of battery thermal management system based on phase change material and heat pipe for a lithium battery module

2/20/2024 12:00:00 AM

As the electric and hybrid vehicles became comprehensive and also by the growth in the use of these vehicles in the world, most of the manufacturers and companies are competing over progressing and promoting the efficiency of the components of these vehicles. One of the most important components of these vehicles are the battery and also the hybrid and electric vehicle battery cooling system which plays the main role in electric vehicles and plays a supporting role in hybrid vehicles. Among different types, lithium-ion batteries have a lower fixed price, higher cycle life and much energy density and therefore it has received more attention and use. However, the heat problems of these batteries have restricted the use of these models for higher energy consumption. On the other hand, the life of lithium-ion batteries is extremely dependent on temperature, therefore, cooling and maintenance of this main component are of special significance. According to the increase in the use of heat pipes at cooling systems to improve heat transfer and the impressive effect of phase change material in the battery temperature control, this study aims to deal with the design and simulation of phase change material and heat pipe hybrid heat management system. The NTGK method is used to simulate battery cells’ behavior and the study also deals with thermal management of four 50Ah prismatic cells which are connected in serial and 1C, 2C and 3C are the discharge rates. The influences of the environmental parameters, the parameters of the Heat pipe and plates are investigated. In the case that there is no thermal management, the average temperature of cells is 326.42K at 1C, 366.76 K at 2C and 405.97 K at 3C. In the case that the proposed thermal management system is employed, the average cells’ temperature is reduced from 326.76 K to 300.2 K at 1C, from 366.76 K to 307.35 K at 2C and from 405.97 oK to 319.26 oK at 3C. The results show that increasing cold liquid convective heat transfer coefficient, Hp conductive heat transfer coefficient, or decreasing cold liquid temperature, start temperature of Hp and cold plate can reduce the maximum and average temperature of cells. The presence of conductive plates improves the thermal management of cells.

خودرو برقي , باتري ليتيوم-يون , مدلسازي حرارتي , مديريت گرمايي , لوله‌‌ي حرارتي , ماده‌ي تغيير فاز دهنده

electric vehicle , Lithium-ion Battery , Thermal modelling , Thermal management , heat pipe , phase change material

Mohammad Javad Tabatabaei Ghomi

Dr. Gholamreza Molaeimanesh