먼지가 많은 미립자 물질로 덮인 리튬 이온 배터리 팩을 위한 공기 기반 열 관리 시스템 최적화

요약

여기에서는 먼지가 많은 미립자 물질로 덮인 배터리 열 관리 시스템에 해당하는 근사 QRSM(2차 응답 표면 모델)을 최적화하고 시스템 흡입구의 공기 흐름 속도 조합을 조정하여 온도 강하를 충족하기 위한 적응형 시뮬레이션 어닐링 방법(ASAM)을 제시합니다.

초록

본 연구는 저에너지 소비를 목표로 배터리 냉각 박스 입구의 기류 속도 할당을 통해 셀 표면을 덮고 있는 먼지가 많은 미립자 물질로 인한 셀 온도 상승 및 성능 저하 문제를 해결하는 것을 목표로 합니다. 지정된 기류 속도와 먼지가 없는 환경에서 배터리 팩의 최대 온도를 먼지가 많은 환경에서의 예상 온도로 사용합니다. 먼지가 많은 환경에서 배터리 팩의 최대 온도는 시뮬레이션 소프트웨어에서 구성된 해석 모델의 경계 조건인 다양한 입구 기류 속도에서 해결됩니다. 흡입구의 다양한 기류 속도 조합을 나타내는 어레이는 최적의 라틴 하이퍼큐브 알고리즘(OLHA)을 통해 무작위로 생성되며, 여기서 원하는 온도 이상의 온도에 해당하는 속도의 하한 및 상한이 최적화 소프트웨어에서 설정됩니다. 최적화 소프트웨어의 피팅 모듈을 사용하여 속도 조합과 최대 온도 사이의 대략적인 QRSM을 설정합니다. QRSM은 ASAM을 기반으로 최적화되며, 최적의 결과는 시뮬레이션 소프트웨어에서 얻은 해석 결과와 잘 일치합니다. 최적화 후 중간 흡입구의 유량이 5.5m/s에서 5m/s로 변경되고 총 기류 속도가 3% 감소합니다. 본 프로토콜은 이미 확립된 배터리 관리 시스템의 에너지 소비량과 열 성능을 동시에 고려한 최적화 방법을 제시하며, 최소한의 운영 비용으로 배터리 팩의 수명 주기 향상에 널리 사용될 수 있다.

서문

자동차 산업의 급속한 발전으로 전통적인 연료 차량은 재생 불가능한 자원을 많이 소비하여 심각한 환경 오염과 에너지 부족을 초래합니다. 가장 유망한 솔루션 중 하나는 전기 자동차(EV)^1,2의 개발입니다.

EV에 사용되는 전원 배터리는 전기화학 에너지를 저장할 수 있으며, 이는 기존 연료 차량을 대체하는 열쇠입니다. EV에 사용되는 전원 배터리에는 리튬 이온 배터리(LIB), 니켈 금속 수소화물 배터리(NiMH) 및 전기 이중층 커패시터(EDLC)³가 포함됩니다. 다른 배터리에 비해 리튬 이온 배터리는 높은 에너지 밀도, 고효율 및 긴 수명 주기 ^4,5,6,7과 같은 장점으로 인해 현재 EV의 에너지 저장 장치로 널리 사용되고 있습니다.

그러나 화학 반응열과 줄열로 인해 급속 충전 및 고강도 방전 시 많은 양의 열이 축적되....

프로토콜

참고: 연구 기술 로드맵은 모델링, 시뮬레이션 및 최적화 소프트웨어가 사용되는 그림 1에 나와 있습니다. 필요한 재료는 재료 목차에 나와 있습니다.

1. 3D 모델 만들기

참고: Solidworks를 사용하여 3D 모델을 만들었습니다.

1. 252mm x 175mm 직사각형을 그리고 돌출 보스/베이스를 클릭한 다음 73을 입력합니다. 외부 표면에서 4mm 떨어진 곳에 새 평면을 작성합니다.
2. 131mm x 16mm 직사각형을 그리고 선형 스케치 패턴을 클릭합니다. 간격과 인스턴스 수에 각각 22와 6을 입력합니다. 사각형의 네 변을 모두 선택하고 [확인]을 클릭합니다. 180 각도를 입력하고 다시 실행합니다. 이 단계는 모델 중심의 대칭을 위한 것입니다.
3. 컷 돌출(Extrude Cut)을 클릭하고 65를 입력한 다음 확인(OK)을 클릭합니다. 돌출 보스/베이스(Extrude Boss/Base)를 클릭하고 65를 입력한 다음....

토론

본 연구에서 사용된 BTMS는 공랭식 시스템을 기반으로 구축되었으며, 이는 비용이 저렴하고 구조가 단순하기 때문이다. 열 전달 용량이 낮기 때문에 공냉식 시스템의 성능은 액체 냉각 시스템 및 상변화 재료 냉각 시스템보다 낮습니다. 그러나, 액체 냉각 시스템은 냉매 누출의 단점이 있고, 상변화 물질 냉각 시스템은 질량이 높고 에너지 밀도가 낮다(²⁹). 이러한 냉각 시스템에는.......

자료

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