Name: Author Spotlight: Optimization of Airflow Velocities in Battery Cooling Systems for Enhanced Thermal Performance and Reduced Energy Consumption
Uploaded: 2023-11-03T14:40:00
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कुछ विश्लेषण और अनुकूलन सॉफ्टवेयर सिंघुआ विश्वविद्यालय, कोंकुक विश्वविद्यालय, चोनम राष्ट्रीय विश्वविद्यालय, मोकपो विश्वविद्यालय और चिबा विश्वविद्यालय द्वारा समर्थित हैं।

नोट: अनुसंधान प्रौद्योगिकी रोडमैप चित्रा 1 में दिखाया गया है, जहां मॉडलिंग, सिमुलेशन और अनुकूलन सॉफ्टवेयर का उपयोग किया जाता है। आवश्यक सामग्री सामग्री की तालिका में दिखाई गई है।
1. 3D...

Optimizing Battery Heat Management in Dusty Environments

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	<li>Xia, G., Cao, L., Bi, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+on+battery+thermal+management+in+electric+vehicle+application.">A review on battery thermal management in electric vehicle application.</a> Journal of Power Sources. 367 (1), 90-105 (2017).</li><li>Mahamud, R., Park, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reciprocating+air+flow+for+Li-ion+battery+thermal+management+to+improve+temperature+uniformity.">Reciprocating air flow for Li-ion battery thermal management to improve temperature uniformity.</a> Journal of Power Sources. 196 (13), 5685-5696 (2011).</li><li>Kumar, R., Goel, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+study+on+thermal+management+system+of+lithium-ion+batteries+for+electrical+vehicles:+A+critical+review.">A study on thermal management system of lithium-ion batteries for electrical vehicles: A critical review.</a> Journal of Energy Storage. 71, 108025 (2023).</li><li>Fan, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+study+on+the+thermal+management+performance+of+air+cooling+for+high+energy+density+cylindrical+lithium-ion+batteries.">Experimental study on the thermal management performance of air cooling for high energy density cylindrical lithium-ion batteries.</a> Applied Thermal Engineering. 155, 96-109 (2019).</li><li>Mohammadian, S. K., He, Y. L., Zhang, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Internal+cooling+of+a+lithium-ion+battery+using+electrolyte+as+coolant+through+microchannels+embedded+inside+the+electrodes.">Internal cooling of a lithium-ion battery using electrolyte as coolant through microchannels embedded inside the electrodes.</a> Journal of Power Sources. 293, 458-466 (2015).</li><li>Skerlos, S. J., Winebrake, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Targeting+plug-in+hybrid+electric+vehicle+policies+to+increase+social+benefits.">Targeting plug-in hybrid electric vehicle policies to increase social benefits.</a> Energy Policy. 38 (2), 705-708 (2010).</li><li>Avadikyan, A., Llerena, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+real+options+reasoning+approach+to+hybrid+vehicle+investments.">A real options reasoning approach to hybrid vehicle investments.</a> Technological Forecasting and Social Change. 77 (4), 649-661 (2010).</li><li>Chen, K., Chen, Y., Li, Z., Yuan, F., Wang, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+of+the+cell+spacings+of+battery+pack+in+parallel+air-+cooled+battery+thermal+management+system.">Design of the cell spacings of battery pack in parallel air- cooled battery thermal management system.</a> International Journal of Heat and Mass Transfer. 127, 393-401 (2018).</li><li>Jiang, Z. Y., Qu, Z. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lithium+-+ion+battery+thermal+management+using+heat+pipe+and+phase+change+material+during+discharge+-+charge+cycle:+A+comprehensive+numerical+study.">Lithium - ion battery thermal management using heat pipe and phase change material during discharge - charge cycle: A comprehensive numerical study.</a> Applied Energy. 242, 378-392 (2019).</li><li>Saw, L. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Computational+fluid+dynamic+and+thermal+analysis+of+Lithium-ion+battery+pack+with+air+cooling.">Computational fluid dynamic and thermal analysis of Lithium-ion battery pack with air cooling.</a> Applied energy. 177, 783-792 (2016).</li><li>Park, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+design+of+air+flow+configuration+for+cooling+lithium+-+ion+battery+in+hybrid+electric+vehicles.">A design of air flow configuration for cooling lithium - ion battery in hybrid electric vehicles.</a> Journal of Power Sources. 239 (10), 30-36 (2013).</li><li>Wang, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+runaway+caused+fire+and+explosion+of+lithium-ion+battery.">Thermal runaway caused fire and explosion of lithium-ion battery.</a> Journal of power sources. 208, 210-224 (2012).</li><li>Rao, Z., Wang, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+of+power+battery+thermal+energy+management.">A review of power battery thermal energy management.</a> Renewable and Sustainable Energy Reviews. 15 (9), 4554-4571 (2011).</li><li>Chen, K., Wu, W., Yuan, F., Chen, L., Wang, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cooling+efficiency+improvement+of+air-cooled+battery+thermal+management+system+through+designing+the+flow+pattern.">Cooling efficiency improvement of air-cooled battery thermal management system through designing the flow pattern.</a> Energy. 167, 781-790 (2019).</li><li>Lan, X., Li, X., Ji, S., Gao, C., He, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+and+optimization+of+a+novel+reverse+layered+air-cooling+battery+management+system+using+U+and+Z+type+flow+patterns.">Design and optimization of a novel reverse layered air-cooling battery management system using U and Z type flow patterns.</a> International Journal of Energy Research. 46 (10), 14206-14226 (2022).</li><li>Singh, G., Wu, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+different+inlet/outlet+port+configurations+on+the+thermal+management+of+prismatic+Li-ion+batteries.">Effect of different inlet/outlet port configurations on the thermal management of prismatic Li-ion batteries.</a> Journal of Heat Transfer. 144 (11), 112901 (2022).</li><li>Zhang, J., Wu, X., Chen, K., Zhou, D., Song, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+and+numerical+studies+on+an+efficient+transient+heat+transfer+model+for+air-cooled+battery+thermal+management+systems.">Experimental and numerical studies on an efficient transient heat transfer model for air-cooled battery thermal management systems.</a> Journal of Power Sources. 490, 229539 (2021).</li><li>Qian, X., Xuan, D., Zhao, X., Shi, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heat+dissipation+optimization+of+lithium-ion+battery+pack+based+on+neural+networks.">Heat dissipation optimization of lithium-ion battery pack based on neural networks.</a> Applied Thermal Engineering. 162, 114289 (2019).</li><li>Chen, K., Wang, S., Song, M., Chen, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structure+optimization+of+parallel+air-cooled+battery+thermal+management+system.">Structure optimization of parallel air-cooled battery thermal management system.</a> International Journal of Heat and Mass Transfer. 111, 943-952 (2017).</li><li>Liu, Y., Zhang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-adapting+J-type+air-based+battery+thermal+management+system+via+model+predictive+control.">Self-adapting J-type air-based battery thermal management system via model predictive control.</a> Applied Energy. 263, 114640 (2020).</li><li>Baveja, R., Bhattacharya, J., Panchal, S., Fraser, R., Fowler, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Predicting+temperature+distribution+of+passively+balanced+battery+module+under+realistic+driving+conditions+through+coupled+equivalent+circuit+method+and+lumped+heat+dissipation+method.">Predicting temperature distribution of passively balanced battery module under realistic driving conditions through coupled equivalent circuit method and lumped heat dissipation method.</a> Journal of Energy Storage. 70, 107967 (2023).</li><li>Singh, L. K., Kumar, R., Gupta, A. K., Sharma, A. K., Panchal, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Computational+study+on+hybrid+air-PCM+cooling+inside+lithium-ion+battery+packs+with+varying+number+of+cells.">Computational study on hybrid air-PCM cooling inside lithium-ion battery packs with varying number of cells.</a> Journal of Energy Storage. 67, 107649 (2023).</li><li>Fan, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multi-objective+optimization+design+and+experimental+investigation+for+a+prismatic+lithium-ion+battery+integrated+with+a+multi-stage+Tesla+valve-based+cold+plate.">Multi-objective optimization design and experimental investigation for a prismatic lithium-ion battery integrated with a multi-stage Tesla valve-based cold plate.</a> Processes. 11 (6), 1618 (2023).</li><li>Feng, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimization+of+the+Cooling+Performance+of+Symmetric+Battery+Thermal+Management+Systems+at+High+Discharge+Rates.">Optimization of the Cooling Performance of Symmetric Battery Thermal Management Systems at High Discharge Rates.</a> Energy Fuels. 37 (11), 7990-8004 (2023).</li><li>Talele, V., Moral&#305;, U., Patil, M. S., Panchal, S., Mathew, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimal+battery+preheating+in+critical+subzero+ambient+condition+using+different+preheating+arrangement+and+advance+pyro+linear+thermal+insulation.">Optimal battery preheating in critical subzero ambient condition using different preheating arrangement and advance pyro linear thermal insulation.</a> Thermal Science and Engineering Progress. 42, 101908 (2023).</li><li>Kenny, Q. Y., Li, W., Sudjianto, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Algorithmic+construction+of+optimal+symmetric+Latin+hypercube+designs.">Algorithmic construction of optimal symmetric Latin hypercube designs.</a> Journal of statistical planning and inference. 90 (1), 145-159 (2000).</li><li>Oliveira Jr, H. A., Petraglia, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Global+optimization+using+dimensional+jumping+and+fuzzy+adaptive+simulated+annealing.">Global optimization using dimensional jumping and fuzzy adaptive simulated annealing.</a> Applied Soft Computing. 11 (6), 4175-4182 (2011).</li><li>Ingber, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Very+fast+simulated+re-annealing.">Very fast simulated re-annealing.</a> Mathematical and computer modelling. 12 (8), 967-973 (1989).</li><li>Yu, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+study+on+transient+thermal+characteristics+of+stagger-arranged+lithium-ion+battery+pack+with+air+cooling+strategy.">Experimental study on transient thermal characteristics of stagger-arranged lithium-ion battery pack with air cooling strategy.</a> International Journal of Heat and Mass Transfer. 143, 118576 (2019).</li><li>Li, W., Xiao, M., Peng, X., Garg, A., Gao, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+surrogate+thermal+modeling+and+parametric+optimization+of+battery+pack+with+air+cooling+for+EVs.">A surrogate thermal modeling and parametric optimization of battery pack with air cooling for EVs.</a> Applied Thermal Engineering. 147, 90-100 (2019).</li><li>Chen, K., Zhang, Z., Wu, B., Song, M., Wu, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+air-cooled+system+with+a+control+strategy+for+efficient+battery+thermal+management.">An air-cooled system with a control strategy for efficient battery thermal management.</a> Applied Thermal Engineering. 236, 121578 (2023).</li><li>Zhao, L., Li, W., Wang, G., Cheng, W., Chen, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+novel+thermal+management+system+for+lithium-ion+battery+modules+combining+direct+liquid-cooling+with+forced+air-cooling.">A novel thermal management system for lithium-ion battery modules combining direct liquid-cooling with forced air-cooling.</a> Applied Thermal Engineering. 232, 120992 (2023).</li><li>Oyewola, O. M., Awonusi, A. A., Ismail, O. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+optimization+of+Air-Cooled+Li-ion+battery+thermal+management+system+with+Step-like+divergence+plenum+for+electric+vehicles.">Design optimization of Air-Cooled Li-ion battery thermal management system with Step-like divergence plenum for electric vehicles.</a> Alexandria Engineering Journal. 71, 631-644 (2023).</li><li>Chen, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+of+parallel+air-cooled+battery+thermal+management+system+through+numerical+study.">Design of parallel air-cooled battery thermal management system through numerical study.</a> Energies. 10 (10), 1677 (2017).</li><li>Lyu, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+structure+optimization+method+for+forced+air-cooling+system+based+on+the+simplified+multi-physics+model.">A new structure optimization method for forced air-cooling system based on the simplified multi-physics model.</a> Applied Thermal Engineering. 198, 117455 (2021).</li><li>Zhang, W. C., Liang, Z. C., Ling, G. Z., Huang, L. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+phase+change+material+dosage+on+the+heat+dissipation+performance+of+the+battery+thermal+management+system.">Influence of phase change material dosage on the heat dissipation performance of the battery thermal management system.</a> Journal of Energy Storage. 41, 102849 (2021).</li><li>Li, M. L., Zang, M. Y., Li, C. Y., Dai, H. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimization+of+structure+of+air+cooling+heat+dissipation+for+Li-ion+batteries.">Optimization of structure of air cooling heat dissipation for Li-ion batteries.</a> Battery Bimonthly. 50 (3), 1001 (2020).</li></ol>

इस अध्ययन में उपयोग किए गए बीटीएमएस को इसकी कम लागत और संरचना की सादगी के कारण एयर-कूलिंग सिस्टम के आधार पर स्थापित किया गया था। कम गर्मी हस्तांतरण क्षमता के कारण, एयर-कूलिंग सिस्टम का प्रदर्शन तरल शीतल...

ऑटोमोबाइल उद्योग के तेजी से विकास के साथ, पारंपरिक ईंधन वाहन बहुत सारे गैर-नवीकरणीय संसाधनों का उपभोग करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप गंभीर पर्यावरण प्रदूषण और ऊर्जा की कमी होती है। सबसे आशाजनक समाधानों में से एक इलेक्ट्रिक वाहनों (ईवीएस)1,2का विकास है।
ईवीएस के लिए उपयोग की जाने वाली पावर बैटरी विद्युत रासायनिक ऊर्जा को स्टोर कर सकती है, जो पारंपरिक ईंधन वाहनों को बदलने की कुंजी है। ईवी में उपयोग की जाने वाली पावर बैटरी में लिथियम-आयन बैटरी (एलआईबी), निकल-धातु हाइड्राइड बैटरी (एनआईएमएच), और इलेक्ट्रिक डबल-लेयर कैपेसिटर (ईडीएलसी)3 शामिल हैं। अन्य बैटरियों की तुलना में, लिथियम-आयन बैटरी वर्तमान में ईवीएस में ऊर्जा भंडारण इकाइयों के रूप में व्यापक रूप से उपयोग की जाती हैं, जैसे कि उच्च ऊर्जा घनत्व, उच्च दक्षता और लंबे जीवन चक्र 4,5,6,7 जैसे फायदे के कारण।
हालांकि, रासायनिक प्रतिक्रिया गर्मी और जूल गर्मी के कारण, बड़ी मात्रा में गर्मी जमा करना और तेजी से चार्जिंग और उच्च तीव्रता वाले निर्वहन के दौरान बैटरी का तापमान बढ़ाना आसान है। एलआईबी का आदर्श ऑपरेटिंग तापमान 20-40 डिग्री सेल्सियस 8,9 है। बैटरी स्ट्रिंग में बैटरी के बीच अधिकतम तापमान अंतर 5 डिग्री सेल्सियस10,11 से अधिक नहीं होना चाहिए। अन्यथा, यह बैटरी के बीच तापमान असंतुलन, त्वरित उम्र बढ़ने, यहां तक कि अति ताप, आग, विस्फोट, और इतने पर12 जैसे जोखिमों की एक श्रृंखला को जन्म दे सकता है। इसलिए, हल किया जाने वाला महत्वपूर्ण मुद्दा एक कुशल बैटरी थर्मल प्रबंधन प्रणाली (बीटीएमएस) को डिजाइन और अनुकूलित करना है जो एक संकीर्ण के भीतर बैटरी पैक के तापमान और तापमान अंतर को नियंत्रित कर सकता है।
विशिष्ट BTMS एयर कूलिंग, वाटर कूलिंग, और चरण परिवर्तन सामग्री शीतलन13 शामिल हैं. इन शीतलन विधियों के बीच, वायु शीतलन प्रकार व्यापक रूप से इसकी कम लागत और संरचना14 की सादगी के कारण उपयोग किया जाता है। हवा की सीमित विशिष्ट ताप क्षमता के कारण, एयर-कूल्ड सिस्टम में बैटरी कोशिकाओं के बीच उच्च तापमान और बड़े तापमान अंतर होना आसान है। एयर-कूल्ड बीटीएमएस के शीतलन प्रदर्शन में सुधार करने के लिए, एक कुशल प्रणाली 15,16,17 को डिजाइन करना आवश्यक है। Qian et al.18 ने संबंधित बायेसियन तंत्रिका नेटवर्क मॉडल को प्रशिक्षित करने के लिए बैटरी पैक के अधिकतम तापमान और तापमान अंतर को एकत्र किया, जिसका उपयोग श्रृंखला एयर-कूल्ड बैटरी पैक के सेल स्पेसिंग को अनुकूलित करने के लिए किया जाता है। चेन एट अल.19 ने इनलेट डाइवर्जेंस प्लेनम की चौड़ाई के अनुकूलन के लिए न्यूटन विधि और प्रवाह प्रतिरोध नेटवर्क मॉडल का उपयोग करने की सूचना दी और जेड-टाइप समानांतर एयर-कूल्ड सिस्टम में आउटलेट अभिसरण प्लेनम। परिणामों ने सिस्टम के तापमान अंतर में 45% की कमी दिखाई। लियू एट अल .20 ने जे-बीटीएमएस में शीतलन नलिकाओं के पांच समूहों का नमूना लिया और पहनावा सरोगेट-आधारित अनुकूलन एल्गोरिथ्म द्वारा सेल स्पेसिंग का सबसे अच्छा संयोजन प्राप्त किया। Baveja et al.21 ने एक निष्क्रिय संतुलित बैटरी मॉड्यूल का मॉडल तैयार किया, और अध्ययन ने मॉड्यूल-स्तरीय निष्क्रिय संतुलन और इसके विपरीत थर्मल भविष्यवाणी के प्रभावों का वर्णन किया। सिंह एट अल 22 ने एक बैटरी थर्मल मैनेजमेंट सिस्टम (बीटीएमएस) की जांच की, जिसमें युग्मित इलेक्ट्रोकेमिकल-थर्मल मॉडलिंग का उपयोग करके डिज़ाइन किए गए मजबूर संवहनी वायु शीतलन के साथ समझाया चरण परिवर्तन सामग्री का उपयोग किया गया था। फैन एट अल 23 ने एक तरल शीतलन प्लेट का प्रस्ताव रखा जिसमें माइक्रोफ्लुइडिक अनुप्रयोगों में उच्च मान्यता के साथ एक प्रिज्मीय-प्रकार लिथियम-आयन बैटरी के लिए एक सुरक्षित तापमान रेंज प्रदान करने के लिए एक बहु-चरण टेस्ला वाल्व कॉन्फ़िगरेशन शामिल है। फेंग एट अल 24 ने विभिन्न इनलेट प्रवाह दरों और बैटरी मंजूरी के साथ योजनाओं का मूल्यांकन करने के लिए भिन्नता विधि के गुणांक का उपयोग किया। Talele et al.25 ने हीटिंग फिल्मों के इष्टतम प्लेसमेंट के आधार पर संभावित उत्पन्न हीटिंग को स्टोर करने के लिए दीवार-वर्धित पायरो अस्तर थर्मल इन्सुलेशन की शुरुआत की।
जब कोई एयर-कूलिंग बीटीएमएस का उपयोग करता है, तो धातु धूल के कण, खनिज धूल के कण, निर्माण सामग्री धूल के कण और बाहरी वातावरण में अन्य कणों को ब्लोअर द्वारा एयर-कूलिंग बीटीएमएस में लाया जाएगा, जिससे बैटरी की सतह को डीपीएम के साथ कवर किया जा सकता है। यदि कोई गर्मी लंपटता योजना नहीं है, तो यह अत्यधिक उच्च बैटरी तापमान के कारण दुर्घटनाओं का कारण बन सकता है। सिमुलेशन के बाद, हम एक निर्दिष्ट एयरफ्लो वेग और धूल रहित वातावरण में बैटरी पैक का अधिकतम तापमान धूल भरे वातावरण में अपेक्षित तापमान के रूप में लेते हैं। सबसे पहले, सी-रेट वर्तमान मूल्य को संदर्भित करता है जब बैटरी निर्दिष्ट समय के भीतर अपनी रेटेड क्षमता जारी करती है, जो डेटा मान में बैटरी की रेटेड क्षमता के गुणक के बराबर होती है। इस पत्र में, सिमुलेशन 2 सी दर निर्वहन का उपयोग करता है। रेटेड क्षमता 10 आह है, और नाममात्र वोल्टेज 3.2 वी है। लिथियम आयरन फॉस्फेट (LiFePO4) का उपयोग सकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री के रूप में किया जाता है, और कार्बन का उपयोग नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री के रूप में किया जाता है। इलेक्ट्रोलाइट में इलेक्ट्रोलाइट लिथियम नमक, एक उच्च शुद्धता कार्बनिक विलायक, आवश्यक योजक और अन्य कच्चे माल होते हैं। इनलेट्स पर विभिन्न वेग संयोजनों का प्रतिनिधित्व करने वाली यादृच्छिक सरणी OLHA के माध्यम से निर्धारित की गई थी, और बैटरी पैक के अधिकतम तापमान और इनलेट प्रवाह वेग संयोजन के बीच एक 2nd ऑर्डर फ़ंक्शन वक्र फिटिंग की सटीकता की जांच करने की स्थिति के तहत स्थापित किया गया था। लैटिन हाइपरक्यूब (एलएच) डिजाइन कई कंप्यूटर प्रयोगों में लागू किए गए हैं क्योंकि वे मैके एट अल.26द्वारा प्रस्तावित किए गए थे। एक LH एक N x p-मैट्रिक्स L द्वारा दिया जाता है, जहाँ L के प्रत्येक स्तंभ में पूर्णांक 1 से N का क्रमपरिवर्तन होता है। इस पत्र में, कम्प्यूटेशनल बोझ को कम करने के लिए इष्टतम लैटिन हाइपरक्यूब नमूनाकरण विधि का उपयोग किया जाता है। विधि यह सुनिश्चित करने के लिए स्तरीकृत नमूनाकरण का उपयोग करती है कि नमूना बिंदु सभी नमूना आंतरिक को कवर कर सकते हैं।
निम्नलिखित चरण में, इनलेट प्रवाह वेग संयोजन को एक साथ ऊर्जा खपत पर विचार करने की शर्त के तहत एएसएएम के आधार पर धूल भरे वातावरण में बैटरी पैक के अधिकतम तापमान को कम करने के लिए अनुकूलित किया गया था। अनुकूली नकली annealing एल्गोरिथ्म बड़े पैमाने पर विकसित किया गया है और व्यापक रूप से कई अनुकूलन समस्याओं27,28 में इस्तेमाल किया. यह एल्गोरिथ्म एक निश्चित संभावना के साथ सबसे खराब समाधान को स्वीकार करके स्थानीय इष्टतम में फंसने से बच सकता है। स्वीकृति संभावना और तापमान को परिभाषित करके वैश्विक इष्टतम प्राप्त किया जाता है; गणना की गति को इन दो मापदंडों का उपयोग करके भी समायोजित किया जा सकता है। अंत में, अनुकूलन की सटीकता की जांच के लिए, इष्टतम परिणाम की तुलना सिमुलेशन सॉफ्टवेयर से प्राप्त विश्लेषण परिणाम से की गई थी।
इस पत्र में, बैटरी पैक के लिए बैटरी बॉक्स की इनलेट प्रवाह दर के लिए एक अनुकूलन विधि प्रस्तावित है जिसका तापमान धूल कवर के कारण बढ़ जाता है। इसका उद्देश्य कम ऊर्जा खपत के मामले में धूल से ढके बैटरी पैक के अधिकतम तापमान को गैर-धूल से ढके बैटरी पैक के अधिकतम तापमान से कम करना है।

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Ansys-Workbench</td>
			<td>ANSYS</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Multi-purpose finite element method computer design program software.https://www.ansys.com</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isight</td>
			<td>Engineous Sogtware</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Comprehensive computer-aided engineering software.https://www.3ds.com</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NVIDIA GPU</td>
			<td>NVIDIA</td>
			<td>N/A</td>
			<td>An NVIDIA GPU is needed as some of the software frameworks below will not work otherwise. https://www.nvidia.com</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Software</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SOLIDWORKS</td>
			<td>Dassault Systemes</td>
			<td>N/A</td>
			<td>SolidWorks provides different design solutions, reduces errors in the design process, and improves product quality 
			www.solidworks.com</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

optimization of an air-based heat management system for dusty particulate matter-covered lithium-ion battery packs

इस अध्ययन का उद्देश्य कम ऊर्जा खपत के लक्ष्य के तहत बैटरी कूलिंग बॉक्स के इनलेट्स पर एयरफ्लो वेगों के आवंटन के माध्यम से सेल की सतह को कवर करने वाले धूल भरे कण पदार्थ के कारण सेल तापमान वृद्धि और प्रदर्शन में गिरावट की समस्या को हल करना है। हम बैटरी पैक का अधिकतम तापमान एक निर्दिष्ट एयरफ्लो वेग और धूल रहित वातावरण में धूल भरे वातावरण में अपेक्षित तापमान के रूप में लेते हैं। धूल भरे वातावरण में बैटरी पैक का अधिकतम तापमान विभिन्न इनलेट एयरफ्लो वेगों पर हल किया जाता है, जो सिमुलेशन सॉफ्टवेयर में निर्मित विश्लेषण मॉडल की सीमा स्थितियां हैं। इनलेट्स के विभिन्न एयरफ्लो वेग संयोजनों का प्रतिनिधित्व करने वाले सरणियों को इष्टतम लैटिन हाइपरक्यूब एल्गोरिथ्म (ओएलएचए) के माध्यम से बेतरतीब ढंग से उत्पन्न किया जाता है, जहां वांछित तापमान से ऊपर के तापमान के अनुरूप वेगों की निचली और ऊपरी सीमाएं अनुकूलन सॉफ्टवेयर में निर्धारित की जाती हैं। हम अनुकूलन सॉफ्टवेयर के फिटिंग मॉड्यूल का उपयोग करके वेग संयोजन और अधिकतम तापमान के बीच एक अनुमानित क्यूआरएसएम स्थापित करते हैं। क्यूआरएसएम एएसएएम के आधार पर अनुकूलित है, और इष्टतम परिणाम सिमुलेशन सॉफ्टवेयर द्वारा प्राप्त विश्लेषण परिणाम के साथ अच्छे समझौते में है। अनुकूलन के बाद, मध्य इनलेट की प्रवाह दर 5.5 m/s से 5 m/s में बदल जाती है, और कुल वायु प्रवाह वेग 3% कम हो जाता है। यहां प्रोटोकॉल एक अनुकूलन विधि प्रस्तुत करता है जो एक साथ ऊर्जा की खपत और बैटरी प्रबंधन प्रणाली के थर्मल प्रदर्शन पर विचार करता है जिसे स्थापित किया गया है, और इसका व्यापक रूप से न्यूनतम परिचालन लागत के साथ बैटरी पैक के जीवन चक्र में सुधार करने के लिए उपयोग किया जा सकता है।

With the rapid development of the automobile industry, traditional fuel vehicles consume a lot of non-renewable resources, resulting in serious environmental pollution and energy shortage. One of the most promising solutions is the development of electric vehicles (EVs)1,2.
The power batteries used for EVs can store electrochemical energy, which is the key to replacing traditional fuel vehicles. Power batteries used in EVs include lithium-ion battery (LIB), nickel-metal hydride battery (NiMH), and electric double-layer capacitor (EDLC)3. Compared to the other batteries, lithium-ion batteries are currently widely used as energy storage units in EVs owing to their advantages such as high energy density, high efficiency, and long life cycle4,5,6,7.
However, due to chemical reaction heat and Joule heat, it is easy to accumulate a large amount of heat and increase the battery temperature during rapid charging and high-intensity discharging. The ideal operating temperature of LIB is 20-40 &#176;C8,9. The maximum temperature difference between the batteries in a battery string should not exceed 5 &#176;C10,11. Otherwise, it may lead to a series of risks such as temperature imbalance between the batteries, accelerated aging, even overheating, fire, explosion, and so on12. Therefore, the critical issue to be resolved is designing and optimizing an efficient battery thermal management system (BTMS) that can control the temperature and temperature difference of the battery pack within a narrow.
Typical BTMS include air cooling, water cooling, and phase change material cooling13. Among these cooling methods, the air cooling type is widely used because of its low cost and simplicity of the structure14. Due to the limited specific heat capacity of air, high temperature and large temperature differences are easy to occur between battery cells in air-cooled systems. In order to improve the cooling performance of air-cooled BTMS, it is necessary to design an efficient system15,16,17. Qian et al.18 collected the battery pack&#39;s maximum temperature and temperature difference to train the corresponding Bayesian neural network model, which is used to optimize cell spacings of the series air-cooled battery pack. Chen et al.19 reported using the Newton method and the flow resistance network model for optimization of the widths of the inlet divergence plenum and the outlet convergence plenum in the Z-type parallel air-cooled system. The results showed a 45% reduction in the temperature difference of the system. Liu et al.20 sampled five groups of the cooling ducts in the J-BTMS and obtained the best combination of cell spacings by the ensemble surrogate-based optimization algorithm. Baveja et al.21 modeled a passively balanced battery module, and the study described the effects of thermal prediction on module-level passive balancing and vice versa. Singh et al.22 investigated a battery thermal management system (BTMS) that used encapsulated phase change material along with forced convective air cooling designed using the coupled electrochemical-thermal modeling. Fan et al.23 proposed a liquid cooling plate comprising a multi-stage Tesla valve configuration to provide a safer temperature range for a prismatic-type lithium-ion battery with high recognition in microfluidic applications. Feng et al. 24 used the coefficient of variation method to evaluate the schemes with different inlet flow rates and battery clearances. Talele et al.25 introduced wall-enhanced pyro lining thermal insulation to store potential generated heating based on optimal placement of heating films.
When one uses air-cooling BTMS, metal dust particles, mineral dust particles, building materials dust particles, and other particles in the external environment will be brought into the air-cooling BTMS by the blower, which can cause the surface of the batteries to be covered with DPM. If there is no heat dissipation plan, it may cause accidents due to the excessively high battery temperature. After simulation, we take the maximum temperature of the battery pack in a specified airflow velocity and dust-free environment as the expected temperature in a dusty environment. First, C-rate refers to the current value required when the battery releases its rated capacity within the specified time, which is equal to a multiple of the battery&#39;s rated capacity in the data value. In this paper, the simulation uses 2C rate discharge. The rated capacity is 10 Ah, and the nominal voltage is 3.2 V. Lithium iron phosphate (LiFePO4) is used as the positive electrode material, and carbon is used as the negative electrode material. The electrolyte has electrolyte lithium salt, a high-purity organic solvent, necessary additives, and other raw materials. The random array representing the different velocity combinations at the inlets was determined through the OLHA, and a 2nd order function between the maximum temperature of the battery pack and the inlet flow velocity combination was set up under the condition of checking the accuracy of the curve fitting. Latin hypercube (LH) designs have been applied in many computer experiments since they were proposed by McKay et al.26. An LH is given by an N x p-matrix L, where each column of L consists of a permutation of the integers 1 to N. In this paper, the optimal Latin hypercube sampling method is used to reduce the computational burden. The method uses stratified sampling to ensure that the sampling points can cover all the sampling internals.
In the following step, the inlet flow velocity combination was optimized to decrease the maximum temperature of the battery pack in a dusty environment based on the ASAM under the condition of considering energy consumption simultaneously. The adaptive simulated annealing algorithm has been extensively developed and widely used in many optimization problems27,28. This algorithm can avoid getting trapped in a local optimum by accepting the worst solution with a certain probability. The global optimum is achieved by defining the acceptance probability and temperature; the calculation speed can also be adjusted by using these two parameters. Finally, for checking the accuracy of the optimization, the optimal result was compared with the analysis result obtained from the simulation software.
In this paper, an optimization method for the inlet flow rate of the battery box is proposed for the battery pack whose temperature rises due to dust cover. The purpose is to reduce the maximum temperature of the dust-covered battery pack to below the maximum temperature of the non-dust-covered battery pack in the case of low energy consumption.

Author Spotlight: Optimization of Airflow Velocities in Battery Cooling Systems for Enhanced Thermal Performance and Reduced Energy Consumption 

धूल भरे कण पदार्थ-कवर लिथियम-आयन बैटरी पैक के लिए एक वायु-आधारित गर्मी प्रबंधन प्रणाली का अनुकूलन

प्रोटोकॉल के बाद, पहले तीन भाग सबसे महत्वपूर्ण हैं, जिसमें बैटरी पैक का अधिकतम तापमान प्राप्त करने के लिए मॉडलिंग, मेशिंग और सिमुलेशन शामिल हैं। फिर, एयरफ्लो वेग को नमूनाकरण द्वारा समायोज?...

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यहां, हम एक धूल भरे कण पदार्थ से ढके बैटरी गर्मी प्रबंधन प्रणाली के अनुरूप अनुमानित द्विघात प्रतिक्रिया सतह मॉडल (क्यूआरएसएम) को अनुकूलित करने के लिए अनुकूली सिम्युलेटेड एनीलिंग विधि (एएसएएम) प्रस्तुत करते हैं और सिस्टम इनलेट्स के एयरफ्लो वेग संयोजन को समायोजित करके तापमान की बूंदों को पूरा करते हैं।

This study aims to solve the problem of the cell temperature rise and performance decline caused by dusty particulate matter covering the surface of the ...

इस अध्ययन का उद्देश्य सेल तापमान वृद्धि की समस्या और कम ऊर्जा खपत के लक्ष्य के तहत बैटरी कूलिंग बॉक्स के कम पर एयरफ्लो वेग के आवंटन के माध्यम से सेल की सतह को कवर करने वाले धूल भरे कण पदार्थ के कारण प्रदर्शन में गिरावट को हल करना है। बैटरी प्रबंधन प्रणाली की ऊर्जा खपत और थर्मल प्रदर्शन पर विचार करने के साथ-साथ एक अनुकूलन विधि स्थापित की गई है। और इसका व्यापक रूप से न्यूनतम परिचालन लागत के साथ बैटरी पैक के जीवनचक्र को बेहतर बनाने के लिए उपयोग किया जा सकता है।

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Optimization of An Air-Based Heat Management System for Dusty Particulate Matter-Covered Lithium-Ion Battery Packs

Transient Stability and System Controls

SCIENTISTS IN ACTION

This study aims to solve the problem of the cell temperature rise and performance decline caused by dusty particulate matter covering the surface of the cell through the allocation of airflow velocities at the inlets of the battery cooling box under the goal of low energy consumption. We take the maximum temperature of the battery pack at a specified airflow velocity and dust-free environment as the expected temperature in a dusty environment. The maximum temperature of the battery pack in a dusty environment is solved at different inlet airflow velocities, which are the boundary conditions of the analysis model constructed in the simulation software. The arrays representing the different airflow velocity combinations of inlets are generated randomly through the optimal Latin hypercube algorithm (OLHA), where the lower and upper limits of velocities corresponding to the temperatures above the desired temperature are set in the optimization software. We establish an approximate QRSM between the velocity combination and the maximum temperature using the fitting module of the optimization software. The QRSM is optimized based on the ASAM, and the optimal result is in good agreement with the analysis result obtained by the simulation software. After optimization, the flow rate of the middle inlet is changed from 5.5 m/s to 5 m/s, and the total airflow velocity is decreased by 3%. The protocol here presents an optimization method simultaneously considering energy consumption and thermal performance of the battery management system that has been established, and it can be widely used to improve the life cycle of the battery pack with minimum operating cost.

Here, we present the adaptive simulated annealing method (ASAM) to optimize an approximate quadratic response surface model (QRSM) corresponding to a dusty particulate matter-covered battery heat management system and fulfill the temperature drops back by adjusting the airflow velocities combination of system inlets.

Simulation Analysis for Evaluating Temperature and Airflow Dynamics in Battery Packs 

To begin the fluid flow analysis, drag Fluid Flow from the toolbox and Analysis Systems into the project schematic zone. Then hold airFEM mesh, batteryFEM mesh, and dpmFEM mesh fluid flow with the left mouse button and move them to fluid flow setup. Right click on Fluid Flow, then set up and select Update to enter the Setup window.Confirm the validity of the FEM model and check if the mesh has a negative volume. Now, enter the setting interface of the Viscous model and the Radiation model and select the K-epsilon model and the Discrete Ordinates model respectively. Change the fluid type of the numbered battery domains to the solid type.Then on the Solid window, double click each battery domain to change the DPM material to the battery material. Subsequently, choose the source terms item and check the highlighted source terms to add an energy source by assigning the number and the number of energy sources and selecting constant type to input the source value. Change the fluid type of numbered DPM domains to solid type.Next, convert the type of all renamed surfaces, including the inner surfaces of the air domain, all sides of the battery domains, and DPM domains from the default wall to the interface. To generate mesh interfaces, click the Mesh Interfaces and enter the Create and Edit Mesh Interfaces Window. Match the cavity surfaces to all sides, except the upper sides of the battery domains and the lower sides of the DPM domains.Name and number them as interface1 to interface11 respectively. Then match the upper sides of the battery domains and the lower sides of the DPM domains. Name and number them as interface12 to interface22 respectively.To assign the outer border surface as the wall thermal boundary, set the heat transfer coefficient as five in the mixed thermal condition. Then change the material from default aluminum to the previously self-defined battery box material. In the Velocity Inlet window, set airflow velocities of all inlets to five meters per second.Then set the gauge pressure of the outlet to zero in the Pressure Outlet window. Next, set the state of the computing domain with an initial temperature of 300 kelvin and solution initialization type, best standard initialization. Set the number of iterations to 2000 and click Calculate to begin the simulation.To enter the CFD Post window, double click Fluid Flow followed by Results. Then from the toolbox, double click the icon of contour. In the location selector, choose all sides of the batteries and switch from pressure to temperature.Then click Apply to generate the temperature contour of the batteries. Click File, then Export. To select the temperature of the selected variables, then click the dropdown button of the locations to select the battery domains.Click OK followed by the Save button to quit. Battery pack temperature variation at different inlet airflow velocities demonstrated that the maximum battery pack temperature decreases with the increase of inlet airflow velocity. The comparison of the battery pack temperature distribution and the second battery temperature distribution in different environments showed that the temperature of the battery increases under dusty conditions due to the low thermal conductivity of DPM.