طراحی سیستم خنک‌کاری برای باتری لیتوم- یون در نرخ دشارژهای مختلف با مدل‌سازی الکتریکی- حرارتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده مکانیک، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران، ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مکانیک، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران، ایران

چکیده

در این مقاله یک نمونه باتری لیتیوم-یون مدل‌سازی الکتریکی و حرارتی شده است. افزایش دما و کاهش ولتاژ باتری در هنگام دشارژ آن با حل معادلات حاکم مشخص شد. معادله انرژی و معادلات الکتریکی با استفاده از روش حجم محدود با کمک دینامیک سیالات محاسباتی حل عددی شد. نتایج نشان داد در نرخ جریان دشارژ باتری برابر با c1، دمای باتری به 54 درجه سلسیوس و در نرخ جریان دشارژ c2 دمای باتری به 83 درجه سلسیوس می‌رسد که این دماها می‌تواند موجب آسیب رسیدن به باتری شود. برای جلوگیری از این مشکل یک سیستم خنک‌کاری طراحی شد که با عبور جریان آب با سرعت 2/0 متر بر ثانیه و با دمای 25 درجه سلسیوس، دمای باتری در نرخ دشارژ c1 به 31 درجه سلسیوس و در نرخ دشارژ c2 به 40 درجه سلسیوس ‌کاهش یافت. همچنین برای خنک‌کاری بیشتر، جریان آب با سرعت 2/0 متر بر ثانیه و دمای 15 درجه سلسیوس آزمایش شد و در نتیجه آن دمای باتری در نرخ دشارژ c2 به 37 درجه سلسیوس کاهش یافت که این دما در محدوده مجاز قرار می‌گیرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] British Petroleum, BP statistical review of world Energy, 2016.
[2] British Petroleum, BP Energy Outlook, 2016.
[3] Mirmohammadi A., Rashtbarzadeh A., Bus vehicle hybridisation and its impacts on driving cycle fuel consumption, International Journal of Electric and Hybrid Vehicles, Vol: 6, No: 1, pp:14-30, 2014.
[4] Mirmohammadi A., Tavakkoli Z., An internal Combustion Engine Car powertrain Performance, in Comparison with Full Hybrid with Series Structure and Mild Hybrid with Parallel Structure, Journal of Mechanical Engineering (Tabriz University): Vol: 46, No: 3, pp: 203-212, 2016.(In Persian).
[5] Andersen P.H., Mathews J.A., Rask M., Integrating private transport into renewable energy policy: the strategy of creating intelligent recharging grids for electric vehicles, Energy Policy, Vol: 37, No: 7, pp: 2481-2486, 2009.
[6] Budde-Meiwes H, Drillkens J, Lunz B, Muennix J, Rothgang S, Kowal J, et al., A review of current automotive battery technology and future prospects, Journal of Automobile Engineering, Vol: 227, No: 5, pp: 761-776, 2013.
[7] Warner J., Introduction Hand book lithium-ion battery pack design, Elsevier, pp: 1–8, 2015.
 [8] Conte FV., Battery and battery management for hybrid electric vehicles, a review. E I Elektrotechnik and Informations technik, 123:424–31, 2006.
[9] Väyrynen A, Salminen J., Lithium ion battery production, J ChemThermodyn, 46:80–5, 2012.
 [10] Pesaran A., Santhanagopalan G.K., Addressing the impact of temperature extremes on large format Li-ion batteries for vehicle applications, 30th international battery seminar; 2013.
[11] Motloch C.G., Christophersen J.P., Belt J.R., Wright R.B., Hunt G.L., Sutula R.A., et al., High-power battery testing procedures and analytical methodologies for HEV’s,
Future Car Congress, pp:1–7, 2002.
[12] Mohammadian SK, Zhang Y., Thermal management optimization of an air-cooled Li-ion battery module using pin-fin heat sinks for hybrid electric vehicles, J Power Sources, 273:431–9, 2015.
[13] Mohammadian SK, Rassoulinejad-Mousavi SM, Zhang Y., Thermal management improvement of an air-cooled high-power lithium-ion battery by embedding metal foam, J Power Sources, 296:305–13, 2015.
[14] Mohammadian S.K., Zhang Y., Cumulative effects of using pin fin heat sink and porous metal foam on thermal management of lithium-ion batteries, ApplTherm Eng,118:375–84, 2017.
[15] Salami Ranjbaran, Y., Shoajeefard M.H., Molaeimanesh G.R., Thermal behavior of a commercial prismatic Lithium-ion battery cell applied in electric vehicles, International Journal of Automotive Engineering (IJAE), 8(2): 2700-2708, 2018.
[16] Fan L., Khodadadi J.M., Pesaran A.A., A parametric study on thermal management of an air-cooled lithium-ion battery module for plug-in hybrid electric vehicles, J Power Sources, 238:301–12, 2013.
[17] Huo Y., Rao Z., Liu X., Zhao J., Investigation of power battery thermal management by using mini-channel cold plate,  Energy Converts Management, 89:387–95, 2015.
[18] Qian Zh., Li Y., Rao Z., Thermal performance of lithium-ion battery thermal management system by using mini-channel cooling, Energy Conversion and Management Elsevier 126, 622–631, 2016.
[19] Karimi G., Li X., Thermal management of lithium-ion batteries for electric vehicles, International Journal of Energy Research, 37:13–24, 2013.
[20] Li G., Li S., Physics-based CFD simulation of lithium-ion battery under the FUDS driving cycle, ECS Trans. 64 (33) 1–14, 2015.
[21] Yang N., Zhang X., Li G., Hua D., Assessment of the forced air-cooling performance for cylindrical lithium-ion battery packs: a comparative analysis between aligned and staggered cell arrangements, Applied Thermal Engineering, 2015.
[22] Chen M., Rincon-Mora G.A., Accurate electrical battery model capable of predicting runtime and i-v performance, Energy Conversion, IEEE Transactions on, vol. 21, no. 2, pp. 504–511, June 2006.
[23] Chen D., Jiang J., Kim G.H., Yang Ch., Pesaran A., Comparison of Different Cooling Methods for Lithium Ion Battery Cells, Applied thermal engineering 94846-854, 2016.