Name: 粉塵粒子状物質に覆われたリチウムイオン電池パックの空気熱管理システムの最適化 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-11-03T14:40:00.000+00:00
Duration: 10 min 36 s
Description: 学ぶリチウムイオン電池の空気熱管理システム最適化。適応型シミュレーテッドアニーリング法と応答曲面モデルを用いて、粉塵被覆下での電池温度上昇を抑制し、エネルギー消費と熱性能を両立させる方法を解説する。

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

一部の解析および最適化ソフトウェアは、清華大学、建国大学、全南大学校、木浦大学、千葉大学によってサポートされています。

粉塵の多い環境でのバッテリー熱管理の最適化

<ol><li>Xia, G., Cao, L., Bi, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+review+on+battery+thermal+management+in+electric+vehicle+application%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Power+Sources%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Reciprocating+air+flow+for+Li-ion+battery+thermal+management+to+improve+temperature+uniformity%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Power+Sources%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((A+study+on+thermal+management+system+of+lithium-ion+batteries+for+electrical+vehicles%3A+A+critical+review%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Energy+Storage%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Experimental+study+on+the+thermal+management+performance+of+air+cooling+for+high+energy+density+cylindrical+lithium-ion+batteries%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Thermal+Engineering%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Internal+cooling+of+a+lithium-ion+battery+using+electrolyte+as+coolant+through+microchannels+embedded+inside+the+electrodes%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Power+Sources%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Targeting+plug-in+hybrid+electric+vehicle+policies+to+increase+social+benefits%5BTitle%5D)+AND+%22Energy+Policy%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((A+real+options+reasoning+approach+to+hybrid+vehicle+investments%5BTitle%5D)+AND+%22Technological+Forecasting+and+Social+Change%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Design+of+the+cell+spacings+of+battery+pack+in+parallel+air-+cooled+battery+thermal+management+system%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Heat+and+Mass+Transfer%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Lithium+-+ion+battery+thermal+management+using+heat+pipe+and+phase+change+material+during+discharge+-+charge+cycle%3A+A+comprehensive+numerical+study%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Energy%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Computational+fluid+dynamic+and+thermal+analysis+of+Lithium-ion+battery+pack+with+air+cooling%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+energy%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((A+design+of+air+flow+configuration+for+cooling+lithium+-+ion+battery+in+hybrid+electric+vehicles%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Power+Sources%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Thermal+runaway+caused+fire+and+explosion+of+lithium-ion+battery%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+power+sources%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((A+review+of+power+battery+thermal+energy+management%5BTitle%5D)+AND+%22Renewable+and+Sustainable+Energy+Reviews%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Cooling+efficiency+improvement+of+air-cooled+battery+thermal+management+system+through+designing+the+flow+pattern%5BTitle%5D)+AND+%22Energy%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Design+and+optimization+of+a+novel+reverse+layered+air-cooling+battery+management+system+using+U+and+Z+type+flow+patterns%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Energy+Research%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Effect+of+different+inlet%2Foutlet+port+configurations+on+the+thermal+management+of+prismatic+Li-ion+batteries%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Heat+Transfer%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Experimental+and+numerical+studies+on+an+efficient+transient+heat+transfer+model+for+air-cooled+battery+thermal+management+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Power+Sources%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Heat+dissipation+optimization+of+lithium-ion+battery+pack+based+on+neural+networks%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Thermal+Engineering%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Structure+optimization+of+parallel+air-cooled+battery+thermal+management+system%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Heat+and+Mass+Transfer%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Self-adapting+J-type+air-based+battery+thermal+management+system+via+model+predictive+control%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Energy%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Predicting+temperature+distribution+of+passively+balanced+battery+module+under+realistic+driving+conditions+through+coupled+equivalent+circuit+method+and+lumped+heat+dissipation+method%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Energy+Storage%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Computational+study+on+hybrid+air-PCM+cooling+inside+lithium-ion+battery+packs+with+varying+number+of+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Energy+Storage%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Multi-objective+optimization+design+and+experimental+investigation+for+a+prismatic+lithium-ion+battery+integrated+with+a+multi-stage+Tesla+valve-based+cold+plate%5BTitle%5D)+AND+%22Processes%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Optimization+of+the+Cooling+Performance+of+Symmetric+Battery+Thermal+Management+Systems+at+High+Discharge+Rates%5BTitle%5D)+AND+%22Energy+Fuels%22%5BJournal%5D)">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., Moralı, U., Patil, M. S., Panchal, S., Mathew, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optimal+battery+preheating+in+critical+subzero+ambient+condition+using+different+preheating+arrangement+and+advance+pyro+linear+thermal+insulation%5BTitle%5D)+AND+%22Thermal+Science+and+Engineering+Progress%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Algorithmic+construction+of+optimal+symmetric+Latin+hypercube+designs%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+statistical+planning+and+inference%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Global+optimization+using+dimensional+jumping+and+fuzzy+adaptive+simulated+annealing%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Soft+Computing%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Very+fast+simulated+re-annealing%5BTitle%5D)+AND+%22Mathematical+and+computer+modelling%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Experimental+study+on+transient+thermal+characteristics+of+stagger-arranged+lithium-ion+battery+pack+with+air+cooling+strategy%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Heat+and+Mass+Transfer%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((A+surrogate+thermal+modeling+and+parametric+optimization+of+battery+pack+with+air+cooling+for+EVs%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Thermal+Engineering%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((An+air-cooled+system+with+a+control+strategy+for+efficient+battery+thermal+management%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Thermal+Engineering%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((A+novel+thermal+management+system+for+lithium-ion+battery+modules+combining+direct+liquid-cooling+with+forced+air-cooling%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Thermal+Engineering%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Design+optimization+of+Air-Cooled+Li-ion+battery+thermal+management+system+with+Step-like+divergence+plenum+for+electric+vehicles%5BTitle%5D)+AND+%22Alexandria+Engineering+Journal%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Design+of+parallel+air-cooled+battery+thermal+management+system+through+numerical+study%5BTitle%5D)+AND+%22Energies%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((A+new+structure+optimization+method+for+forced+air-cooling+system+based+on+the+simplified+multi-physics+model%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Thermal+Engineering%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Influence+of+phase+change+material+dosage+on+the+heat+dissipation+performance+of+the+battery+thermal+management+system%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Energy+Storage%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Optimization+of+structure+of+air+cooling+heat+dissipation+for+Li-ion+batteries%5BTitle%5D)+AND+%22Battery+Bimonthly%22%5BJournal%5D)">Optimization of structure of air cooling heat dissipation for Li-ion batteries.</a> Battery Bimonthly. 50 (3), 1001(2020).</li>
</ol>

著者は何も開示していません。

本研究で用いたBTMSは、低コストで構造がシンプルな空冷方式をベースとして確立したものである。熱伝達能力が低いため、空冷システムの性能は、液体冷却システムや相変化材料冷却システムの性能よりも低くなります。しかし、液冷システムには冷媒漏れという欠点があり、相変化材料冷却システムは質量が大きく、エネルギー密度が低い29。これらの冷却システムには、長所と短所があります。したがって、BTMSは、空冷システムと液体冷却システムまたは相変化材料冷却システムを組み合わせて冷却性能を高めることにより確立できます。
CFDソルバーは、モデルの流れと温度のプロファイルをシミュレートするために実装されました。導通式(2)や省エネ式(3)などの支配式30は、気流の時間依存の熱問題を解くために採用されました。
<img alt="Equation2" src="/files/ftp_upload/65892/65892eq2v2.jpg...

自動車産業の急速な発展に伴い、従来の燃料車は再生不可能な資源を大量に消費し、深刻な環境汚染とエネルギー不足を引き起こしています。最も有望な解決策の1つは、電気自動車(EV)の開発です1,2。
EVに使用される動力用バッテリーは、従来の燃料車に取って代わる鍵となる電気化学エネルギーを蓄えることができます。EVに使われる動力電池には、リチウムイオン電池(LIB)、ニッケル水素電池(NiMH)、電気二重層キャパシタ(EDLC)※3などがあります。リチウムイオン電池は、他の電池と比較して、エネルギー密度が高く、効率が高く、ライフサイクルが長いなどの利点があるため、現在、EVのエネルギー貯蔵ユニットとして広く使用されています4,5,6,7。
ただし、化学反応熱とジュール熱により、急速充電や高強度放電中に大量の熱が蓄積し、バッテリー温度が上昇しやすくなります。LIBの理想的な動作温度は20〜40°C8,9です。バッテリーストリング内のバッテリー間の最大温度差は、5°C10,11を超えてはなりません。そうしないと、バッテリー間の温度の不均衡、経年劣化の加速、さらには過熱、火災、爆発などの一連のリスクにつながる可能性があります12。したがって、解決すべき重要な課題は、電池パックの温度と温度差を狭い範囲で制御できる効率的な電池熱管理システム(BTMS)の設計と最適化です。
典型的なBTMSには、空冷、水冷、および相変化材料冷却が含まれます13。これらの冷却方法のうち、空冷式は、低コストで構造が簡便であることから広く用いられている14。空気の比熱容量が限られているため、空冷システムではバッテリーセル間で高温と大きな温度差が発生しやすくなります。空冷式BTMSの冷却性能を向上させるためには、効率的なシステムを設計する必要がある15,16,17。Qianら18は、バッテリーパックの最高温度と温度差を収集して、対応するベイジアンニューラルネットワークモデルをトレーニングし、シリーズ空冷バッテリーパックのセル間隔を最適化するために使用されます。Chen et al.19 は、Z 型並列空冷システムにおける入口分岐プレナムと出口収束プレナムの幅を最適化するために、ニュートン法と流動抵抗ネットワーク モデルを使用したことを報告しました。その結果、システムの温度差が45%減少しました。Liuら20は、J-BTMSの冷却ダクトの5つのグループをサンプリングし、アンサンブルサロゲートベースの最適化アルゴリズムによってセル間隔の最適な組み合わせを得ました。Baveja et al.21 は、受動的にバランスの取れたバッテリーモジュールをモデル化し、この研究では、モジュールレベルの受動的バランスに対する熱予測の影響と、その逆の効果について説明しました。Singhら22は、電気化学-熱連成モデリングを使用して設計された、カプセル化された相変化材料と強制対流空冷を使用したバッテリー熱管理システム(BTMS)を調査しました。Fanら23は、マイクロ流体用途で高い認知度を持つ角型リチウムイオン電池に、より安全な温度範囲を提供するために、多段テスラバルブ構成からなる液体冷却プレートを提案しました。Feng et al. 24 は、変動係数法を使用して、入口流量とバッテリーのクリアランスが異なるスキームを評価しました。Talele et al.25 は、加熱フィルムの最適な配置に基づいて潜在的な発生する熱を蓄えるために、壁強化パイロライニング断熱材を導入しました。
空冷BTMSを使用すると、外部環境中の金属粉塵粒子、鉱物粉塵粒子、建材粉塵粒子、およびその他の粒子が送風機によって空冷BTMSに持ち込まれ、バッテリーの表面がDPMで覆われる可能性があります。放熱計画がないと、バッテリーの温度が高すぎて事故の原因になります。シミュレーション後、指定された気流速度と粉塵のない環境でのバッテリーパックの最高温度を、粉塵の多い環境での予想温度として取ります。まず、Cレートとは、バッテリーが指定された時間内に定格容量を解放するときに必要な電流値を指し、データ値のバッテリーの定格容量の倍数に等しくなります。この論文では、シミュレーションに2Cレート放電を使用します。定格容量は10Ah、公称電圧は3.2Vで、正極材料にはリン酸鉄リチウム(LiFePO4)、負極材料にはカーボンを使用しています。電解液には、電解質リチウム塩、高純度有機溶媒、必要な添加剤、その他の原料が含まれています。入口における異なる速度の組み合わせを表すランダム配列をOLHAで決定し、曲線フィッティングの精度を確認する条件で、バッテリーパックの最高温度と入口流速の組み合わせの間の2次関数を設定しました。ラテンハイパーキューブ(LH)設計は、McKayらによって提案されて以来、多くのコンピュータ実験に適用されてきました26。LH は N x p 行列 L で与えられ、L の各列は整数 1 から N の順列で構成されます。本論文では、計算負荷を軽減するために、最適なラテンハイパーキューブサンプリング法を用いる。この方法では、層化サンプリングを使用して、サンプリングポイントがすべてのサンプリング内部をカバーできるようにします。
次の工程では、エネルギー消費を同時に考慮した条件で、ASAMに基づいて粉塵の多い環境下でバッテリーパックの最高温度を下げるように入口流速の組み合わせを最適化しました。適応型シミュレーテッドアニーリングアルゴリズムは広く開発され、多くの最適化問題で広く使用されています27,28。このアルゴリズムは、特定の確率で最悪の解を受け入れることで、局所的な最適解に陥ることを回避できます。大域的最適は、合格確率と温度を定義することによって達成されます。計算速度は、これら 2 つのパラメーターを使用して調整することもできます。最後に、最適化の精度を確認するために、最適な結果をシミュレーションソフトウェアから得られた解析結果と比較しました。
本稿では、ダストカバーにより温度が上昇する電池パックについて、電池ボックスの入口流量の最適化手法を提案する。目的は、エネルギー消費が少ない場合に、ほこりで覆われたバッテリーパックの最高温度を、ほこりで覆われていないバッテリーパックの最高温度未満に下げることです。

<table><tbody><tr><td>Ansys-Workbench</td><td>ANSYS N</td><td>/A</td><td>多目的有限要素法コンピュータ設計プログラム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>以下のソフトウェアフレームワークの一部は、そうしないと動作しないため、NVIDIA GPUが必要です。https://www.nvidia.com</td></tr><tr><td>ソフトウェア</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>SOLIDWORKS</td><td>Dassault Systemes</td><td>N/A</td><td>SolidWorksは、さまざまな設計ソリューションを提供し、設計プロセスのエラーを減らし、製品の品質を向上させます www.solidworks.com</td></tr></tbody></table>

粉塵粒子状物質に覆われたリチウムイオン電池パックの空気熱管理システムの最適化

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

本研究は、電池冷却ボックスの入口に気流速度を割り当てることで、セル表面を覆う塵埃粒子状物質によるセル温度上昇や性能低下の問題を解決し、低エネルギー消費を目指します。指定された気流速度とほこりのない環境でのバッテリーパックの最高温度を、ほこりの多い環境での予想温度として取ります。粉塵の多い環境におけるバッテリーパックの最高温度は、シミュレーションソフトウェアで構築された解析モデルの境界条件である、異なる吸気流速度で解かれます。吸気口のさまざまな気流速度の組み合わせを表す配列は、最適ラテンハイパーキューブアルゴリズム(OLHA)によってランダムに生成され、目的の温度を超える温度に対応する速度の下限と上限が最適化ソフトウェアで設定されます。最適化ソフトウェアのフィッティングモジュールを使用して、速度の組み合わせと最高温度の間のおおよそのQRSMを確立します。QRSMはASAMに基づいて最適化されており、最適な結果はシミュレーションソフトウェアで得られた解析結果とよく一致しています。最適化後、中央入口の流量を5.5 m/sから5 m/sに変更し、総気流速度を3%低下させます。ここでのプロトコルは、確立されたバッテリー管理システムのエネルギー消費と熱性能を同時に考慮した最適化方法を提示し、最小限の運用コストでバッテリーパックのライフサイクルを改善するために広く使用できます。

プロトコルに従うと、モデリング、メッシュ作成、シミュレーションを含む最初の3つの部分が最も重要であり、すべてバッテリーパックの最高温度を取得します。その後、サンプリングにより気流速度を調整し、最後に最適化により最適な流量の組み合わせを求めます。
図9は異なる環境における電池パックの温度分布の比較を示し、 図10 は異なる環境における第2電池の温度分布の比較を示す。 図9 と 図10に示すように、DPM(ほこりの多い粒子状物質)の熱伝導率が低いため、ほこりの多い状態でのバッテリーの温度は一定レベルまで上昇します。
<p class="jove_content" fo:keep-together.within-p...

ここでは、粉塵に覆われた粒子状物質に覆われたバッテリー熱管理システムに対応した近似二次応答曲面モデル(QRSM)を最適化し、システム入口の気流速度の組み合わせを調整することで温度低下を実現する適応型シミュレーテッドアニーリング法(ASAM)を紹介します。

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 ...

本研究は、電池冷却ボックスの少ない方に気流速度を割り当てることで、セル表面を覆う塵埃粒子状物質によるセル温度上昇と性能低下の問題を解決し、低エネルギー消費を目指します。蓄電池管理システムのエネルギー消費と熱性能を同時に考慮した最適化手法を確立した。また、最小限の運用コストでバッテリーパックのライフサイクルを改善するために広く使用できます。

optimization-an-air-based-heat-management-system-for-dusty

Research

JoVE Journal

Engineering

工学

この研究は、熱暴走(TR)を受けているリチウムイオン電池のカソードおよびアノード材料の反応速度を決定することを目的としています。同時熱分析(STA)/フーリエ変換赤外(FTIR)分光計/ガスクロマトグラフィー質量分析(GC-MS)を使用して、熱イベントを明らかにし、発生ガスを検出しました。...

リチウムイオン電池の分解メカニズムの同定と定量化。熱暴走モデリングのための熱流シミュレーションへの入力

ここでは、環境チャンバー内のさまざまなパラメータを その場...

その場で 恒温槽を用いた熱暴走時のリチウムイオン電池のガス分析と火災特性評価

ここでは、直交実験計画によって生成されたサンプルポイントを最適化し、気流パターンを調整することで生鮮食品を通気ボックスに長期間保存できるようにする範囲分析手法を紹介します。...

高性能ベントボックスの設計と最適化戦略

この研究では、数値解析ソフトウェアと応答曲面法(RSM)を組み合わせて、流体粘性クラッチの摩擦板の最適化設計法を体系的に検討します。...

ハイドロビスカスクラッチの摩擦板のパラメトリック最適化設計法

リチウムイオン電池のコインセルを構築し、テストするプロトコルが記述されています。...

リチウムイオン電池のコイン細胞の構築とテスト

リチウムイオン電池は、周囲温度の用途に適している可燃性及び揮発性有機電解質を用いる。有機電解質へのより安全な代替手段は、固体ポリマー電池です。固体ポリマー電池は、このように深い石油掘削およびハイブリッド電気自動車などの高温用途にそれらが適用されること、高温（&gt;...

リチウム電池アプリケーションのためのソリッドステートグラフトコポリマー電解質

我々は、複数の特性評価技術の同時パフォーマンスが可能になり、固体酸化物形燃料電池（SOFC）の電極表面を特徴づけるためのユニークなプラットフォームを提示（...

固体酸化物形燃料電池の電極表面をプロービングとマッピング

我々は、シンクロトロンX線吸収分光法（XAS）およびX線回折（XRD）リチウムイオン及びNaイオン電池の電極材料におけるインターカレーション/デインターカレーション処理の詳細を調べるための技術の使用を記載している。...

放射光技術を用いたリチウムイオンとナトリウムイオン電池用電極材料のキャラクタリゼーション

我々は、 その場での中性子粉末回折（NPD） を用いて、電極材料の検査のための電気化学セルの設計および構築を記載する。私たちは、簡単にその場での NPDセル設計内の代替についてコメントし、この細胞を用いて生産現場での NPDデータに対応した分析のための方法を議論する。...

その場中性子粉末回折ではカスタムメイドのリチウムイオン電池を使用して、

非水性電極処理は、コイン電池の構築とリチウムイオン電池の新しい電極化学の評価の中心です。学術的な実験環境でバッテリーを扱う電気化学エンジニアとして必要な基本的な実践方法のステップバイステップガイドが用意されています。...

リチウムイオンコイン電池の非水系電極加工および建設

学ぶリチウムイオン電池の空気熱管理システム最適化。適応型シミュレーテッドアニーリング法と応答曲面モデルを用いて、粉塵被覆下での電池温度上昇を抑制し、エネルギー消費と熱性能を両立させる方法を解説する。

粉塵粒子状物質に覆われたリチウムイオン電池パックの空気熱管理システムの最適化

さらに動画を探す