آشنایی با سیستم‌های‌ مدیریت حرارتی باتری‌های لیتیوم یون در خودروهای برقی

نوع مقاله: مقاله علمی ترویجی

نویسندگان

داشکده مهندسی خودرو، دانشگاه علم و صنعت ایران

چکیده

یکی از مهمترین اجزای خودرو‌های برقی باتری است که نقش اصلی را در خودروهای برقی و نقش مکمل را در خودروهای هیبرید، ایفا می‌کند. باتری‌های لیتیوم یون، در بین گزینه‌های دیگر باتری با توجه به قیمت تمام‌شده‌ی پایین‌تر، طول عمر و چگالی انرژی بالا، مورد توجه و استفاده‌ی بیشتری قرار گرفته‌اند. اما مشکلات گرمایی مربوط به این باتری‌ها استفاده از آنها برای مصارف بالای انرژی را با محدودیت‌هایی روبرو کرده‌است. از این رو، خنک‌کاری و مراقبت باتری لیتیوم یون از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. استراتژی‌های خنک‌کاری باتری به سه دسته اصلی خنک‌کاری فعال، خنک‌کاری غیرفعال و خنک‌کاری ترکیبی تقسیم‌بندی می‌شود. روش‌های معمول خنک‌کاری مجموعۀ باتری، روش‌های هواخنک، آب‌خنک‌، لوله حرارتی، ترموالکتریک، صفحه سرد و مواد تغییر فازدهنده است. سامانهبرقیروش مواد تغییر فازدهنده روش نسبتاً جدیدی است که از مزایای بسیاری اعم از عدم نیاز به صرف انرژی، توزیع‌دمای یکنواخت در مجموعۀ باتری و راحتی در به‌کارگیری برخوردار است. سامانه مدیریت حرارتی با مواد تغییر فازدهنده به تنهایی سامانه خنک‌کاری غیرفعال محسوب می‌شود، اما زمانی که این سامانه با یک سامانه مدیریت حرارتی فعال مانند هواخنک یا آب‌خنک ترکیب می‌شود، نتایج به شکل قابل توجهی بهتر می‌شود، لذا امروز سامانه‌های خنک‌کاری ترکیبی بیشتر مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته‌اند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Ehsani, Mehrdad, Gao, Yimin, Longo, Stefano, and Ebrahimi, Kambiz. Modern electric, hybrid electric, and fuel cell vehicles. CRC press, 2018.

[2] Erjavec, Jack. Hybrid, electric, and fuel-cell vehicles. Cengage Learning, 2012.

 [3] Sabri, MFM, Danapalasingam, KA, and Rahmat, MF. A review on hybrid electric vehicles architecture and energy managementstrategies. RenewableandSustainableEnergy Reviews, 53:1433–1442, 2016.

[4] Wang, Qian, Jiang, Bin, Li, Bo, and Yan, Yuying. A critical review of thermal management models and solutions of lithium-ion batteries for the development of pure electric vehicles. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 64:106–128, 2016.

[5] Lu, Languang, Han, Xuebing, Li, Jianqiu, Hua, Jianfeng, and Ouyang, Minggao. A review on the key issues for lithium-ion battery management in electric vehicles. Journal of power sources, 226:272–288, 2013.

[6] Sharma, Atul, Tyagi, V Veer, Chen, CR, and Buddhi, Dharam. Review on thermal energy storage with phase change materials and applications. Renewable and Sustainable energy reviews, 13(2):318–345, 2009.

[7] Rao, Zhonghao, Wang, Shuangfeng, and Zhang, Guoqing. Simulationandexperimentofthermalenergymanagement with phase change material for ageing lifepo4 power battery. Energy Conversion and Management, 52(12):3408– 3414, 2011.

 [8] Karimi, Gholamreza, Azizi, Mohammadmehdi, and Babapoor, Aziz. Experimental study of a cylindrical lithium ion battery thermal management using phase change material composites. Journal of Energy Storage, 8:168–174, 2016.

[9] Samimi, Fereshteh, Babapoor, Aziz, Azizi, Mohammadmehdi, and Karimi, Gholamreza. Thermal management analysis of a li-ion battery cell using phase change material loaded with carbon fibers. Energy, 96:355–371, 2016.

 [10] Duan, X and Naterer, GF. Heat transfer in phase change materials for thermal management of electric vehicle battery modules. International Journal of Heat and Mass Transfer, 53(23-24):5176–5182, 2010.

 [11] Zhao,Rui,Gu,Junjie,andLiu,Jie. Anexperimentalstudy of heat pipe thermal management system with wet cooling methodforlithiumionbatteries.JournalofPowerSources, 273:1089–1097, 2015.

 [12] Ling, Ziye, Wang, Fangxian, Fang, Xiaoming, Gao, Xuenong, and Zhang, Zhengguo. A hybrid thermal management system for lithium ion batteries combining phase change materials with forced-air cooling. Applied energy, 148:403–409, 2015. ﮐﺮﯾﻤ،ﻏﻼﻣﺮﺿﺎودﻫﻘﺎنﺑﯿﺪﺧﺘ،ﻋﻠﯿﺮﺿﺎ.ﻣﺪﯾﺮﯾﺖﮔﺮﻣﺎدرﺑﺎﺗﺮی ﻫﺎیﯾﻮن [١٣]

ﻟﯿﺘﯿﻮمﺧﻮدروﻫﺎیﺑﺮﻗ. ﺳﺎﻣﺎﻧﻪﻧﺸﺮﯾﺎتداﻧﺸﺎهﯾﺎﺳﻮجﻣﺒﺎﺣﺚﺑﺮﮔﺰﯾﺪهدر .١٣٩٢،١٧٧ –٨:(١)١،اﻧﺮژی ﻣﻮﻻﯾﯽﻣﻨﺶ،ﻏﻼﻣﺮﺿﺎ،ﺳﻼﻣ،ﯾﺎﺳﯿﻦ،وﺟﻨﺎﺑﯽﺣﻖﭘﺮﺳﺖ،ﺳﯿﻨﺎ.ﻣﻮادﺗﻐﯿﯿﺮ [١۴] ﻓﺎزدﻫﻨﺪهوﻛﺎرﺑﺮدﺷﺎندرﺻﻨﻌﺖﺧﻮدروﻫﺎیاﻟﺘﺮﯾوﻫﯿﺒﺮﯾﺪاﻟﺘﺮﯾ. ﻣﻮﻻﯾﯽﻣﻨﺶ،ﻏﻼﻣﺮﺿﺎ،ﺟﻨﺎﺑﯽﺣﻖﭘﺮﺳﺖ،ﺳﯿﻨﺎ،وﺳﻼﻣ،ﯾﺎﺳﯿﻦ. ﺑﺮرﺳ [١۵] رﻓﺘﺎرﺣﺮارﺗﺑﺎﺗﺮی ﻫﺎیﺑﻪﮐﺎرﮔﺮﻓﺘﻪﺷﺪهدرﺧﻮدروﻫﺎیﺑﺮﻗ.

[16] Sarwar, Wasim, Engstrom, Timothy, Marinescu, Monica, Green, Nick, Taylor, Nigel, and Offer, Gregory J. Experimental analysis of hybridised energy storage systems for automotive applications. Journal of Power Sources, 324:388–401, 2016.

[17] Li,MaoDeandLiang,Peng.Simulationanalysisofbattery thermal management system using phase change material (pcm). in Applied Mechanics and Materials, vol. 433, pp. 2107–2112. Trans Tech Publ, 2013.

[18] Wang, Jian and Yang, Xiao Ping. Thermal management system design and simulation of battery pack for electric vehicles. in Applied Mechanics and Materials, vol. 494, pp. 100–103. Trans Tech Publ, 2014. اﺻﻔﻬﺎﻧﯿﺎن،وﺣﯿﺪ،ﻧﻬﻀﺘﭘﺎﻗﻠﻌﻪ،ﺣﺴﻦ،ﻣﺴﯿﺢﻃﻬﺮاﻧ،ﻣﺴﻌﻮد،ﻣﺤﻤﻮدﯾﺎن، [١٩]

 ﻋﻠ،واﺳﻤﺎﻋﯿﻞ زاده،ﻣﺤﻤﺪ.ﺟﻌﺒﻪﺑﺎﺗﺮیﻟﯿﺘﯿﻮمآب ﺧﻨﮏﺑﺮایﺧﻮدرویﺑﺮﻗ. .١٣٩١ اﺻﻔﻬﺎﻧﯿﺎن،وﺣﯿﺪ،اﺻﻔﻬﺎﻧﯿﺎن،ﻣﺤﺴﻦ،ﻣﺴﯿﺢﻃﻬﺮاﻧ،ﻣﺴﻌﻮد،ﻧﻬﻀﺘﭘﺎﻗﻠﻌﻪ، [٢٠] ﺣﺴﻦ،ﻣﯿﺮﺧﺎﻧ،ﺳﯿﺪﻧﯿﻤﺎ،ﺻﻮﻓ،ﻣﻬﺪی،اﺣﻤﺪیرﻧﺎﻧ،ﺻﺎﺑﺮ،ﻣﺮادی،رﺿﺎ، وﺻﺎدق زادهﻧﺎﺋﯿﻨ،ﻋﻤﺎداﻟﺪﯾﻦ.ﻃﺮاﺣوﺳﺎﺧﺖﺳﺎﻣﺎﻧﻪﺑﺎﺗﺮیﻟﯿﺘﯿﻮمﻫﻮﺷﻤﻨﺪ .١٣٩٢.ﻫﻮاﺧﻨﮏﻣﺠﻬﺰﺑﻪﺳﺎﻣﺎﻧﻪﺗﺮﻣﻮاﻟﺘﺮﯾ

[21] Mashadi, Behrooz and Crolla, David. Vehicle powertrain systems. Wiley„ 2012.

[22] Lu, Languang, Han, Xuebing, Li, Jianqiu, Hua, Jianfeng, and Ouyang, Minggao. A review on the key issues for lithium-ion battery management in electric vehicles. Journal of power sources, 226:272–288, 2013. [23] Hu, Y. and Liu, H. Characteristic. Study of lithium iron phosphate batteries. International Journal of Digital Content Technology and its Applications, 226:264–272, 2012.

[24] Wang, Qian, Jiang, Bin, Li, Bo, and Yan, Yuying. A critical review of thermal management models and solutions of lithium-ion batteries for the development of pure electric vehicles. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 64:106–128, 2016.

 [25] Wang, Zichen, Zhang, Zhuqian, Jia, Li, and Yang, Lixin. Paraffin and paraffin/aluminum foam composite phase change material heat storage experimental study based on thermal management of li-ion battery. Applied Thermal Engineering, 78:428–436, 2015.

[26] Kosny,Jan,Shukla,Nitin,andFallahi,Ali.Costanalysisof simple phase change material-enhanced building envelopes in southern us climates. tech. rep., Fraunhofer CSE, Cambridge, MA (United States), 2013.

[27] Malik, Monu, Dincer, Ibrahim, and Rosen, Marc A. Review on use of phase change materials in battery thermal management for electric and hybrid electric vehicles. International Journal of Energy Research, 40(8):1011–1031, 2016.

 [28] Ling,Ziye,Zhang,Zhengguo,Shi,Guoquan,Fang,Xiaoming, Wang, Lei, Gao, Xuenong, Fang, Yutang, Xu, Tao, Wang,Shuangfeng,andLiu,Xiaohong. Reviewonthermal managementsystemsusingphasechangematerialsforelectronic components, li-ion batteries and photovoltaic modules. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 31:427– 438, 2014.