Optimierung eines luftbasierten Wärmemanagementsystems für staubige, feinstaubbedeckte Lithium-Ionen-Batteriepacks

Zusammenfassung

Hier stellen wir die adaptive simulierte Annealing-Methode (ASAM) vor, um ein approximatives quadratisches Reaktionsflächenmodell (QRSM) zu optimieren, das einem staubigen, mit Feinstaub bedeckten Batteriewärmemanagementsystem entspricht, und die Temperaturabfälle durch Anpassung der Luftströmungsgeschwindigkeitskombination von Systemeinlässen zu kompensieren.

Zusammenfassung

Diese Studie zielt darauf ab, das Problem des Temperaturanstiegs und des Leistungsabfalls der Zelle zu lösen, der durch staubige Partikel verursacht wird, die die Oberfläche der Zelle bedecken, indem Luftströmungsgeschwindigkeiten an den Einlässen der Batteriekühlbox mit dem Ziel eines niedrigen Energieverbrauchs zugewiesen werden. Wir nehmen die maximale Temperatur des Akkupacks bei einer bestimmten Luftströmungsgeschwindigkeit und staubfreien Umgebung als die erwartete Temperatur in einer staubigen Umgebung. Die maximale Temperatur des Batteriepacks in staubiger Umgebung wird bei unterschiedlichen Ansaugluftströmungsgeschwindigkeiten gelöst, die die Randbedingungen des in der Simulationssoftware konstruierten Analysemodells darstellen. Die Arrays, die die verschiedenen Kombinationen von Luftströmungsgeschwindigkeiten von Einlässen darstellen, werden nach dem Zufallsprinzip durch den optimalen lateinischen Hyperwürfelalgorithmus (OLHA) generiert, wobei die untere und obere Grenze der Geschwindigkeiten, die den Temperaturen über der gewünschten Temperatur entsprechen, in der Optimierungssoftware festgelegt wird. Wir ermitteln einen ungefähren QRSM zwischen der Geschwindigkeitskombination und der maximalen Temperatur mit Hilfe des Anpassungsmoduls der Optimierungssoftware. Das QRSM wird auf der Grundlage des ASAM optimiert, und das optimale Ergebnis stimmt gut mit dem Analyseergebnis überein, das von der Simulationssoftware erhalten wird. Nach der Optimierung wird die Strömungsgeschwindigkeit des mittleren Einlasses von 5,5 m/s auf 5 m/s geändert und die Gesamtströmungsgeschwindigkeit um 3 % verringert. Das Protokoll stellt hier eine Optimierungsmethode dar, die gleichzeitig den Energieverbrauch und die thermische Leistung des etablierten Batteriemanagementsystems berücksichtigt und zur Verbesserung der Lebensdauer des Batteriepacks bei minimalen Betriebskosten eingesetzt werden kann.

Einleitung

Mit der rasanten Entwicklung der Automobilindustrie verbrauchen Fahrzeuge mit herkömmlichem Kraftstoff viele nicht erneuerbare Ressourcen, was zu ernsthafter Umweltverschmutzung und Energieknappheit führt. Eine der vielversprechendsten Lösungen ist die Entwicklung von Elektrofahrzeugen (EVs^)1,2.

Die für Elektrofahrzeuge verwendeten Leistungsbatterien können elektrochemische Energie speichern, was der Schlüssel zum Ersatz herkömmlicher Kraftstofffahrzeuge ist. Zu den Leistungsbatterien, die in Elektrofahrzeugen verwendet werden, gehören Lithium-Ionen-Batterien (LIB), Nickel-Metallhyd....

Protokoll

HINWEIS: Die Roadmap für die Forschungstechnologie ist in Abbildung 1 dargestellt, in der die Modellierungs-, Simulations- und Optimierungssoftware verwendet wird. Die benötigten Materialien sind in der Materialtabelle aufgeführt.

1. Erstellen des 3D-Modells

HINWEIS: Wir haben Solidworks verwendet, um das 3D-Modell zu erstellen.

1. Zeichnen Sie ein Rechteck mit den Maßen 252 mm x 175 mm, klicken Sie auf Aufsatz/Basis extrudieren, und geben Sie 73 ein. Erstellen Sie eine neue Ebene 4 mm von der Außenfläche entfernt.
2. Zeichnen Sie ein Rechteck mit den Maßen....

Diskussion

Das in dieser Studie verwendete BTMS wurde aufgrund seiner geringen Kosten und seiner einfachen Struktur auf der Grundlage des Luftkühlsystems entwickelt. Aufgrund der geringen Wärmeübertragungskapazität ist die Leistung des Luftkühlsystems geringer als die des Flüssigkeitskühlsystems und des Phasenwechselmaterialkühlsystems. Das Flüssigkeitskühlsystem hat jedoch den Nachteil des Kältemittelaustritts, und das Phasenwechsel-Materialkühlsystem weist eine hohe Masse und eine geringe Energiedichte

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
Ansys-Workbench	ANSYS	N/A	Multi-purpose finite element method computer design program software.https://www.ansys.com
Isight	Engineous Sogtware	N/A	Comprehensive computer-aided engineering software.https://www.3ds.com
NVIDIA GPU	NVIDIA	N/A	An NVIDIA GPU is needed as some of the software frameworks below will not work otherwise. https://www.nvidia.com
Software
SOLIDWORKS	Dassault Systemes	N/A	SolidWorks provides different design solutions, reduces errors in the design process, and improves product quality www.solidworks.com