مدل‌سازی عددی سیستم کنترل دمایی باتری لیتیوم یون در دمای اولیه‌ی پایین

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران

2 دانشگاه اصفهان

چکیده

دمای باتری لیتیوم یون تأثیر چشمگیری بر عملکرد آن دارد و حفظ دمای این باتری‌ در دمای عملیاتی مناسب بسیار مهم است؛ به طوری که علاوه بر تأثیر بر عملکرد، امنیت و عمر بیشتر باتری را نیز تضمین می‌کند. در این مقاله، عملکرد یک سیستم کنترل دمای باتری لیتیوم یون صفحه‌ای با مجموعه‌ی ۶ سل در شرایط آب و هوایی سرد (دمای اولیه ‌oC20-) بررسی شده است. دو مشخصه اختلاف دمای حداکثر و دمای میانگین باتری‌ها به عنوان معیارهای سنجش عملکرد سیستم کنترل دما در نظر گرفته شده است و اثرات دبی، تعداد صفحات و آرایش جریان سیال ورودی شامل روش ساده، جریان مخالف و جریان مخالف زیگزاگ روی این دو مشخصه و همچنین بر زمان گرم شدن باتری بررسی شده است. نتایج نشان می‌دهد که با افزایش دبی سیال ورودی، باتری‌ها سریع‌تر به دمای عملکردی oC20 می‌رسند و اختلاف دما کاهش می‌یابد. با افزایش تعداد صفحات در دبی ثابت، سرعت گرمایش در دبی‌های بالا سریع‌تر خواهد شد. آرایش جریان مخالف زیگزاگ شکل، عملکرد بهتری از سایر موارد بررسی شده برای شاخص اختلاف دما دارد و تا 8 برابر اختلاف دما را کاهش داده و به 1/2 درجه در حالت حداکثری می‌رساند؛ اما سرعت گرمایش باتری در همه‌‌ی حالات جریان مخالف کندتر از آرایش جریان سیال ساده است و سرعت گرمایش باتری‌ها در همه‌ی دبی‌ها بیشتر از سایر حالات است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical modeling of Li-ion battery temperature management system for low initial temperature

نویسندگان [English]

  • Pedram Shamsizadeh 1
  • Ebrahim Afshari 2
1 Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, University of Isfahan, Isfahan, Iran
چکیده [English]

Temperature of Li-ion battery significantly affects its performance and keeping the temperature in the suitable operational temperature is important. Even more, it guarantees the safety and life time. In this study, performance of a battery temperature control management system for a 6-cell Li-ion battery pack is investigated for cold climate and the initial temperature of -20°C. Two main parameters of maximum temperature difference and average temperature of the batteries are considered as the heating system performance criterions. Effects of the heating fluid mass flow rates, number of the plates and the fluid flow arrangement including three methods of simple, counter flow and zigzag counter flow, on the performance criterions and the heating times are investigated. Results shows that generally the mass flow rate the batteries reach the 20°C sooner and the temperature difference decreases. For similar mass flow rates, the heating time decrease by using more heating plates at high mass flow rates. The zigzag flow arrangement has the best performance among the other investigated flow arrangements and reduces the temperature difference up to 8 times with maximum value of 2.1 degrees. But the all counter flow arrangements increase the heating time in comparison with the simple flow arrangement.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Li-ion battery
  • temperature management
  • cold climate
  • operational temperature
  • flow arrangement