مطالعه تجربی ترکیب روشهای خنکسازی هوا و ترموالکتریک برای افزایش زمان کارکرد و کاهش دمای باتری لیتیوم یونی | ||
مکانیک سازه ها و شاره ها | ||
دوره 14، شماره 3، مرداد و شهریور 1403، صفحه 27-42 اصل مقاله (2.14 M) | ||
نوع مقاله: مقاله مستقل | ||
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22044/jsfm.2024.14072.3831 | ||
نویسندگان | ||
احمد نجفی1؛ امیرمحمد جدیدی* 2؛ سامان رشیدی3 | ||
1کارشناس ارشد، مهندسی سیستمهای انرژی، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران | ||
2استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران | ||
3استادیار، دانشکده انرژی، پردیس علوم و فناوریهای نوین، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران | ||
چکیده | ||
باتریهای شارژی نقش جدانشدنی در زندگی امروزی دارند. نگهداری و افزایش طول عمر آنها از چالشهای بشر بوده است. در این مقاله با بررسی و ترکیب روش خنکسازی با هوا و ماژولهای ترموالکتریک سعی در انتقال بهتر حرارت باتری برای کاهش دمای سطح آن شده است. تاثیر دما و نرخ تخلیههای متفاوت در این مقاله بررسی شده است. مجموعه باتری ساخته شده از جنس بلوک آلومینیومی به ابعاد 6*10*30 سانتیمتر بوده است. تعداد 48 عدد سلول باتری لیتیوم یونی بر روی آن قرار داده شده است. نحوهی قرارگیری این سلولها به شکل 4 ردیف 12 تایی بوده است. با توجه به ظرفیت 2200 میلی آمپر ساعتی و ولتاژ 7/3 ولتی، حداکثر توان مجموعه 390 وات بیان شده است. فن در فاصله 60 سانتیمتری از مجموعه قرار گرفته است. سرعت برخورد باد با مجموعه، برابر2/1 متر بر ثانیه بوده است. در حالت استفاده از فن و ماژول ترموالکتریک مدت زمان کارکرد مجموعه 1/17 درصد نسبت به حالت بدون استفاده از فن و ماژول ترموالکتریک افزایش داشته است و از 1900 ثانیه به 2300 ثانیه رسیده است. دمای سطح مجموعه در حالت استفاده همزمان از فن و ماژول 2 درجه کاهش پیدا کرده است. میزان انتقال حرارت بوسیله سیستم خنککاری فن و ماژول ترموالکتریک 2/15 درصد نسبت به حالت بدون فن و ماژول بهبود پیدا کرده است. عدد ناسلت در حالت ترکیبی نسبت به حالت پایه 2/14 درصد رشد پیدا کرده است. با مقایسه نتایج آزمایشات، مناسب بودن این روش خنکسازی در جهت انتقال حرارت بهتر مجموعه تایید شده است. | ||
کلیدواژهها | ||
باتری لیتیوم یونی؛ عدد ناسلت؛ جریان هوای اجباری؛ خنک سازی؛ ترموالکتریک | ||
سایر فایل های مرتبط با مقاله
|
||
مراجع | ||
Zhao G, Wang X, Negnevitsky M, Zhang H, (2021), A review of air-cooling battery thermal management systems for electric and hybrid electric vehicles J. Power Sources
[2] Mansir I.B, Sinaga N, Farouk N, Alqsair U.F, Diyoke C, Nguyen D.D, (2022) Assessment of the effect of distance between lithium-ion batteries with a number of triangular blades, on the thermal management of the battery pack in a chamber full of phase change material J. Storage Mater., 51, Article 104391
[3] Youssef R, Hosen M.S, He J, Jaguemont J, Akbarzadeh M, De Sutter L, Van Mierlo J, Berecibar M, (2021), Experimental and numerical study on the thermal behavior of a large lithium-ion prismatic cell with natural air convection IEEE Trans. Ind. Appl., 57 (6), pp. 6475-6482
[4] University B, (2021), BU-502: Discharging at high and low temperatures Batter Portable World, 1
[5] Luo M, Cao J, Liu N, Zhang Z, Fang X, (2022), Experimental and simulative investigations on a water immersion cooling system for cylindrical battery cells Front. Energy Res, 10
[6] Öztop M, Şahinaslan A, (2022), Control of temperature distribution for Li-ion battery modules via longitudinal fins J. Storage Mater, 52, Article 104760.
[7] Gao Q, Wang G, Yan Y, Wang Y, (2020), Thermal management optimization of a lithium-ion battery module with graphite sheet fins and liquid cold plates Autom. Innov, 3 (4), pp. 336-346.
[8] Behi H, Karimi D, Jaguemont J, Gandoman F, Kalogiannis T, Berecibar M, Van Mierlo J, (2021), Novel thermal management methods to improve the performance of the Li-ion batteries in high discharge current applications Energy, Article 120165.
[9] Sun Z, Guo Y, Zhang Ch, Xu H, Zhou Q, Wang Ch, (2023), A Novel Hybrid Battery Thermal Management System for Prevention of Thermal Runaway Propagation, IEEE TRANSACTIONS ON TRANSPORTATION ELECTRIFICATION, VOL. 9, NO. 4, DECEMBER.
[10] Chen W, Hou S, Shi J, Han P, Liu B, Wu B, Lin X, (2022), Numerical analysis of novel air-based Li-ion battery thermal management Batteries, 8 (9), p. 17.
[11] Xu Y, Zhang H, Xu X, Wang X, (2021), Numerical Analysis and surrogate model optimization of air-cooled battery modules using double-layer heat spreading plates Int. J. Heat Mass Transf, Article 121380.
[12] Widyantara R, Naufal M, Sambegoro P, Nurprasetio I, Triawan F, Djamari D, Nandiyanto A, Budiman B, Aziz M, (2021), Low-cost air-cooling system optimization on battery pack of Electric Vehicle Energies, 14, p. 7954.
[13] Qin P, Sun J, Yang X, Wang Q, (2021), Battery thermal management system based on the forced-air convection: A review e-Transportation, 7, Article 100097.
[14] Thakur A.K, Prabakaran R, Elkadeem M, Sharshir S, Arıcı M, Wang C, Zhao W, Hwang Y, Saidur R, (2020), A state of art review and future viewpoint on advance cooling techniques for Lithium–ion battery system of electric vehicles J. Storage Mater., 32, Article 101771.
[15] Weng J, Ouyang D, Yang X, Chen M, Zhang G, Wang J, (2020), Optimization of the internal fin in a phase-change-material module for battery thermal management Appl Therm Eng, 167, Article 114698.
[16] Kim J, Oh J, Lee H, (2020), Review on battery thermal management system for electric vehicles Appl Therm Eng, 149, pp. 192-212.
[17] Enescu D, (2020), thermoelectric energy harvesting: basic principles and applications IntechOpen, 1, pp. 1-37, 10.5772/intechopen.83495.
[18] Luo D, Wang R, Yu W, Zhou W, (2020), A novel optimization method for thermoelectric module used in waste heat recovery Energy Convers. Manage, 10.1016/j.enconman.2020.112645.
[19] Arora Sh, (2018) Selection of thermal management system for modular battery packs of electric vehicles: a review of existing and emerging technologies, J. Power Sources 400: 621–640.
[20] Sun H, Dixon R, (2014) Development of cooling strategy for an air cooled lithium-ion battery pack, J. Power Sources 272: 404–414.
[21] Lithium-Ion Battery Inventor Introduces New Technology for Fast-Charging, Noncombustible Batteries, University of Texas at Austin. University of Texas. 28 February 2017. Retrieved 15 March 2017.
[22] Dubarry M, Baure G, Pastor-Fernandez C, Fai YT, Dhammika WW, Marco J. (2019) Battery energy storage system modeling: A combined comprehensive approach, J. Storage Mater 21:172–85.
[23] Karimi G, Li X. (2013) Thermal management of lithium-ion batteries for electric vehicles. Int J Energy Res 37: 13–24.
[24] Inui Y, Kabaysahi Y, Watanabe Y, Watase Y, Kitamura Y. (2007) Simulation of temperature distribution in cylindrical and prismatic lithium ion secondary batteries. Energy Convers Manage 48:2103–9.
[25] Hosseinzadeh E, Genieser R, Worwood D, Barai A, Marco J, Jennings P. (2018) A systematic approach for electrochemical-thermal modelling of a large format lithium-ion battery for electric vehicle application. J Power Sources 382: 77–94.
[26] Chung Y, Kim MS. (2019) Thermal analysis and pack level design of battery thermal management system with liquid cooling for electric vehicles. Energy Convers Manage 196:105–116h.
[27] Liu H, Wei Z, He W, Zhao J. (2017) Thermal issues about Li-ion batteries and recent progress in battery thermal management systems: A review. Energy Convers Manage 150:304–30.
[28] Dubarry M, Baure G, Pastor-Fernandez C, Fai YT, Dhammika WW, Marco J. (2019) Battery energy storage system modeling: A combined comprehensive approach, J. Storage Mater 21:172–85.
[29] Holman J.P, (1985) Heat Transfer, Fifth Edition, Chapter 6, Natural-convection Heat transfer, Page287 | ||
آمار تعداد مشاهده مقاله: 515 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 515 |