شبيه سازي سيستم مديريت حرارتي هيبريد مبتني بر مواد تغييرفاز دهنده و سيستم مايع-خنك براي سيستم باتري يك خودروي الكتريكي

كارشناسي ارشد

امروزه بحران¬هايي مانند كاهش منابع سوخت¬هاي فسيلي، گرم شدن كره زمين و آلودگي¬هاي ناشي از خودروهاي احتراق داخلي، خودروسازان را ترغيب به تحقيق و توسعه در خودروهاي هيبريدي و الكتريكي نموده است.كارايي خودروهاي الكتريكي وابستگي زيادي به باتري¬هاي بكار رفته در آنها دارند. عوامل گوناگوني در عملكرد باتري موثر هستند كه مي¬توان به درجه حرارت، عمر و عمق دشارژ اشاره كرد. هر نوع باتري در بازه دمايي محدود بهترين عملكرد خود را دارا است؛ در نتيجه عملكرد باتري وابستگي زيادي به دما دارد. دما¬هاي خارج از محدوده دماي كاري باتري موجب تضعيف كارايي انرژي و توان خروجي مي-شود. در نتيجه تحقيق درباره انتقال حرارت و مديريت حرارتي باتري براي عملكرد بهينه ضروري مي¬باشد. در اين رساله شبيه¬ سازي سيستم مديريت حرارتي هيبريد مبتني بر مواد تغييرفاز دهنده و سيستم مايع-خنك در دستور كار قرار گرفته است. ابتدا به شبيه سازي خنك¬¬كاري يك سلول استوانه¬اي كه همراه ماده تغيير فاز دهنده درون يك محفظه آلومينيومي قرار دارد پرداخته شده و اثر ثابت ناحيه خميري بر روي فرآيند ذوب بررسي گرديد. در اين بررسي‌ها مشاهده گرديد كه با افزايش ثابت ناحيه خميري از 105 تا 107 سرعت ذوب كاهش يافته و نتايج حكايت از بالاتر بودن سرعت ذوب در ثابت ناحيه خميري برابر 105 نسبت به حالت آزمايشگاهي دارد. درادامه ماژول‌هايي شامل دو سلول منشوري كه توسط حجم مشخصي از ماده تغيير فاز دهنده احاطه شده بود، با چهار پيكربندي متفاوت سيستم مديريت حرارتي، شامل موازي، سري-1، سري-2 و سري-موازي مورد بررسي و مقايسه قرار گرفت. در اين بررسي مشاهده نمودارهاي كسر مايع مربوط به آرايش‌هاي مختلف نشان مي‌دهد كه آرايش سري-موازي نسبت به آرايش-هاي ديگر ديرتر ذوب شده و از اين رو پيكربندي مناسب‌تري است. از طرفي با توجه ضرورت پايين بودن ماكزيمم اختلاف دما و نيز دماي بيشينه سلول، آرايش سري-1 مناسب‌ترين پيكربندي است. با توجه به مؤلفه‌هاي رفتار حرارتي و توجه به فضاي اشغال شده در طراحي باتري، از ميان پيكربندي¬هاي موجود آرايش سري-موازي يكي از مناسب ترين گزينه‌ها مي‌باشد. در گام بعد يك ماژول باتري شامل 15 عدد سلول استوانه¬اي و سيستم مديريت حرارتي هيبريد مورد بررسي قرار گرفت و نتايج نشان دهنده اين بود كه با افزايش نرخ دبي آب ورودي از يك مقدار بيشتر ميزان خنك¬كاري سلول¬ها تغيير محسوسي نمي¬كند. درگام آخر يك ماژول واقعي باتري شامل سلول¬هاي منشوري و سيستم مديريت حرارتي هيبريد شبيه-سازي شد كه نشان دهنده¬ي اين موضوع بود كه با تكرار فرايند شارژ-دشارژ پشت سر هم، خنك¬كاري صرفاٌ با ماده تغيير فازدهنده پاسخگو نيست و لازم است سيستم آب-خنك به آن اضافه گردد. واژ¬هاي كليدي: خودرو¬هاي الكتريكي، باتري ليتيوم-يون، مديريت حرارتي باتري، سيستم هوا-خنك، سيستم مايع-خنك، مواد تغيير فاز دهنده

191519

دانشگاه علم و صنعت ايران

سازه و بدنه

دكتر غلامرضا مولائي منش - دكتر مسعود دهمرده