استفاده از مواد با تغییر فاز جهت مدیریت حرارتی باتری خودروهای هیبریدی

نویسندگان

دانشگاه آزاد اسلامی یزد

چکیده

یکی از پرکاربردترین اجزا و در حقیقت قلب یک خودرو هیبریدی، باتری آن می‌باشد که از نوع لیتیوم-یونی است. مسئلۀ حیاتی در این باتری‌ها، خنک‌کاری کافی آن‌هاست؛ زیرا در این باتری‌ها، حرارت زیادی تولید می‌شود و در صورتی‌ که مدیریت حرارتی مناسبی روی این باتری‌ها صورت نگیرد، عمر آن‌ها به‌طور تصاعدی کاهش می‌یابد. مواد با تغییر فاز به‌دلیل اینکه در هنگام ذوب شدن، گرمای نهان ذوب خود را جذب می‌کنند، خنک‌کاری زیادی را در مدت‌زمان کوتاهی فراهم می‌کنند. لذا در این مقاله به بررسی استفاده از ماده با تغییر فاز و اثر استفادۀ هم‌زمان از پره جهت خنک‌کاری این باتری‌ها پرداخته می‌شود. در واقع هدف یافتن ابعاد بهینۀ پره به‌گونه‌ای است که ماکزیمم دمای باتری در هنگام دشارژ حداقل شود. نتایج نشان داد که باتری با 6 پره که ارتفاع پره در آن mm67/11 می‌باشد، بهترین عملکرد را دارد.

کلیدواژه‌ها


[1] میراحمد، علی، صدرعاملی، سید مجتبی، «مطالعۀ عددی و شبیه‌سازی عملکرد یک مبدل حرارتی پرشده با مادۀ تغییر فاز برای سامانۀ تهویۀ مطبوع یک منزل مسکونی در مناطق گرم و خشک ایران»، نشریۀ علمی‌پژوهشی مهندسی و مدیریت انرژی دانشگاه کاشان، سال پنجم، شمارۀ 2، صفحه ۴۲ـ۵۱، ۱۳۹۴. [2] Radhakrishnan, K.B. and Balakrishnan, A.R., "Heat Transfer Analysis of Thermal Energy Storage using Phase Change Materials", Heat Recovery Systems and CHP, Vol. 12, pp. 427-435, 1990. [3] Kurklu, A., et al., "Mathematical Modelling of the Thermal Performance of a Phase-Change Material (PCM) Store: Cooling Cycle", Applied Thermal Engineering, Vol. 16, pp. 613-623, 1996. [4] Domanski, R. and Fellah, G., "Exergy Analysis for the Evaluation of a Thermal Storage System Employing PCMS with Different Melting Temperatures", Applied Thermal Engineering, Vol. 16, pp. 907-919, 1996. [5] Kurklu, A., "Energy Storage Applications in Greenhouses by Means of Phase Change Materials (PCMs): A Review", Renewable Energy, Vol. 13, pp. 89-103, 1998. [6] Zivkovic, B. and Fujii, I., "An Analysis of Isothermal Phase Change of Phase Change Material within Rectangular and Cylindrical Containers", Solar Energy, Vol. 70, pp. 51-61, 2001. [7] Al-Hallaj, S. and Selman, J.R., "Thermal Modeling of Secondary Lithium Batteries for Electric Vehicle/Hybrid Electric Vehicle Applications", Journal of Power Sources, Vol. 110, pp. 341-348, 2002. [8] Al-Hallaj, S. and Selman, J.R., "A Novel Thermal Management System for Electric Vehicle Batteries Using Phase-Change Material", Journal Electrochemical Society, Vol. 147, pp. 3231-3236, 2000. [9] Sasaguchi, K., Yoshida, M. and Nakashima, S., "Heat Transfer Characteristics of a Latent Heat Thermal Energy Storage Unit with a Finned Tube: Effect of Fin Configuration", Heat Transfer - Japanese Research; (USA), Vol. 19, pp. 11–27, 1990. [10] Sasaguchi, K., "Heat-Transfer Characteristics of a Latent Heat Thermal Energy Storage Unit with a Finned Tube", Heat Transfer - Japanese Research; (USA), Vol. 19, pp. 619–637, 1990. [11] Kizilel, R., Rami, S.J. and Robert Selman, Said A., "An Alternative Cooling System to Enhance the Safety of Li-ion Battery Packs", Journal of Power Sources, Vol. 194, pp.1105-1112, 2009. [12] Duan, X. and Naterer, G.F., "Heat Transfer in Phase Change Materials for Thermal Management of Electric Vehicle Battery Modules", Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 53, pp. 5176-5182, 2010. [13] Sabbah, R., Kizilel, R., Selman, J.R. and Al-Hallaj, S., "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", Journal of Power Sources, Vol.182, pp. 630-638, 2008. [14] Khateeb, S., Farid, M., Selman J.R. and Al-Hallaj, S., "Design and Simulation of a Lithium-ion Battery with a Phase Change Material Thermal Management System for an Electric Scooter", Journal of Power Sources, Vol. 128, pp. 292-307, 2004. [15] Mahfuz, M.H. and et al., "Exergetic Analysis of a Solar Thermal Power System with PCM Storage", Energy Conversion and Management, Vol. 78, pp. 486-492, 2014. [16] Javani, N., Dincer, I., Naterer, G.F. and Rohrauer, G.L., "Modeling of Passive Thermal Management for Electric Vehicle Battery Packs with PCM Between Cells", Applied Thermal Engineering, Vol. 73, pp. 307-316, 2014. [17] Wang, Z., Zhang, H. and Xia, X., "Experimental Investigation on the Thermal Behavior of Cylindrical Battery with Composite Paraffin and Fin Structure", International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 109, pp. 958-970, 2017. [18] Jiltea, R.D., Kumara, R., Ahmadi, M.H. and Chenc, L., "Battery Thermal Management System Employing Phase Change Material with Cell-to-Cell Air Cooling", Applied Thermal Engineering, Vol. 161, 2019. [19] Alawadhi, E.M., Thermal Analysis of a PCM Thermal Control Unit for Portable Electronic Devices: Experimental and Numerical Studies, Ph.D. Dissertation, Pittsburg, USA, 2001. [20] Xiongwen, Z., "Thermal Analysis of a Cylindrical Lithium-ion Battery", Electrochimica Acta, Vol. 56, pp. 1246–1255, 2011. [21] Ramandi, M.Y., Dincer. I. and Naterer, G.F., "Heat Transfer and Thermal Management of Electric Vehicle Batteries with Phase Change Materials", Heat Mass Transfer, Vol. 47, pp. 777–788, 2011.