بررسی تجربی عملکرد یک سیستم مدیریت حرارتی هیبرید آب-خنک و ماده تغییر‎فاز‎دهنده در یک ماژول باتری‎ لیتیومی مورد استفاده در یک خودروی الکتریکی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی خودرو، دانشگاه علم و صنعت، تهران، ایران

چکیده

عملکرد باتریها لیتیومی مورد استفاده در خودروهای الکتریکی به شدت به دما وابسته است. بنابراین استفاده از یک سیستم مدیریت حرارتی، امری مهم و ضروری در استفاده از این نوع باتریها تلقی میشود. با توجه به این مسئله، در پژوهش ارائه شده، ابتدا طراحی و ساخت یک ماژول باتری و سیستم مدیریت حرارتی هیبرید، به وسیلهی لولههای آب-خنک و مواد تغییرفازدهنده انجام گردید و با استفاده از روش تجربی، دمای هر سلول با استفاده از روشهای خنککاری فعال و غیرفعال، اندازهگیری و نقش هر یک از حالتهای خنککاری، با یکدیگر مورد مقایسه و بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل از این پژوهش نشان میدهد، دمای باتری بدون سیستم خنککاری در دشارژ بالا به مرز 57 درجه سانتی‌گراد رسیده است و در حالت دوم آزمایش که توسط مواد تغییرفازدهنده انجام گرفته، دمای سلولها کاهش چشمگیری داشته و نسبت به حالت اول آزمایش، 26 درجه سانتیگراد دمای باتریها کاهش یافته و به 32 درجه سانتیگراد رسیده است. در حالت سوم آزمایش، خنککاری به صورت هیبرید توسط مواد تغییرفازدهنده و لولههای آب-خنک صورت گرفته است و نتایج نشان میدهد که دمای میانگین باتری ها با 1.5 درجه کاهش، به دمای بهینه 30.5 درجه سانتیگراد رسیده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Experimental Investigation on the Performance of Hybrid Thermal Management System Based on Water Cooling and Phase Change Material for a Lithium Battery Module of an Electric Vehicle

نویسندگان [English]

  • Shahriyar Hekmat
  • Gholam Reza Molaeimanesh
School of Automotive Engineering, Iran University of Science and Technology
چکیده [English]

The performance of Li-ion batteries using in electric vehicles is deeply dependent on the temperature. Therefore, applying of a thermal management system (TMS) is necessary for using these types of batteries. In this study, a battery module with hybrid TMS, based on water-cooling and phase change material (PCM) is designed and manufactured, at first. Secondly, using experimental method, the temperature of each cell was measured using active and passive cooling methods and the role of the cooling modes were compared with each other. The results of the study presented here indicate that the temperature of the battery without a cooling system (first cooling mode) in the high discharge rate increases significantly up to 57 C. In the second cooling mode, which is with only PCM, the results showed that PCM greatly reduce the temperature till 32 C (26 C less than the mean temperature in the first cooling mode). In the third cooling mode, the mean temperature of cells reduces to 30.5 C (1.5 C less than the second cooling mode).

کلیدواژه‌ها [English]

  • Electrical vehicles
  • lithium battery
  • hybrid thermal management system
  • phase change material (PCM)
  • water cooling

مراجع

[1] K.T. Chau, Y.S Wong, C.C Chan, "An overview of energy sources for electric vehicles" In Energy Conversion and Management, vol. 40, pp. 1021-1039, 1999.
[2] M. Ehsani, Y. Gao, A. Emadi, Modern electric, hybrid electric, and fuel cell vehicles, CRC press, 2009.
[3] J. Jaguemont, L. Boulon, Y. Dubé, "A Comprehensive review of lithium-ion batteries used in hybrid and electric vehicles at cold temperatures," In Applied Energy, 164, no. 0306-2619, pp. 99-114, 2016.
[4] Z. Rao, S. Wang, "A review of power battery thermal energy managemen," In Renewable and Sustainable Energy Reviews, 4554-4571, 2011.
[5] R. Zhao, S. Zhang, Jie Liu, Junjie Gu, "A review of thermal performance improving methods of lithium ion battery: Electrode modification and thermal management system," In Journal of Power Sources, 299, no. 0378-7753, pp. 557-577, 2015.
[6] J. Zhao, Z. Rao, Y. Li, "Thermal performance of mini-channel liquid cooled cylinder based battery thermal management for cylindrical lithium-ion power battery," In Energy Conversion and Management, 103, pp. 157-165, 2015.
[7] S. Al-Hallaj, J. Selman "Thermal modeling of secondary lithium batteries for electric vehicle/hybrid electric vehicle applications," In Journal of Power Sources, 110, no. 2, pp. 341-348, 2002.
[8] N. Jankowski, F. Patrick McCluskey, "A review of phase change materials for vehicle component thermal buffering," In Applied Energy, 113, pp. 1525-1561, 2014.
[9] A. Mills, S. Al-Hallaj, "Simulation of passive thermal management system for lithium-ion battery packs," Journal of Power Sources, 141, no. 2, pp. 307-315. 1 2005.
[10] M. Kenisarin, "High-temperature phase change materials for thermal energy storage," Renewable and Sustainable Energy Reviews, 14, no. 3, pp. 955-970, 2010.
[11] F. Agyenim, N. Hewitt, P. Eames, M. Smyth, "A review of materials, heat transfer and phase change problem formulation for latent heat thermal energy storage systems (LHTESS)," Renewable and Sustainable Energy Reviews, 14, no. 2, pp. 615-628, 2010.
[12] R. Sabba, R. Kizilel, J.R. Selman, S. Al-Hallaj, "Active (air-cooled) vs. passive (phase change material) thermal management of high power lithium-ion packs: Limitation of temperature rise and uniformity of temperature distribution," Power Sources, 182, no. 2, pp. 630-638, 2008.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 51، شماره 4
مهر و آبان 1398
صفحه 21-30

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار