Name: 먼지가 많은 미립자 물질로 덮인 리튬 이온 배터리 팩을 위한 공기 기반 열 관리 시스템 최적화 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-11-03T14:40:00.000+00:00
Duration: 10 min 36 s
Description: 학습하세요 먼지로 덮인 리튬 이온 배터리 팩의 공기 기반 열 관리 시스템 최적화 방법을. 적응형 모의 담금질 기법(ASAM)과 이차 응답표면모델(QRSM)을 활용하여 에너지 소비를 줄이면서 배터리 수명을 연장하는 비용 효율적인 솔루션을 제공합니다.

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일부 분석 및 최적화 소프트웨어는 칭화대학교, 건국대학교, 전남대학교, 목포대학교, 치바대학교에서 지원합니다.

먼지가 많은 환경에서 배터리 열 관리 최적화

<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>
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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 장점과 단점이 있습니다. 따라서, BTMS는 냉각 성능을 높이기 위해 공랭 시스템과 액체 냉각 시스템 또는 상변화 물질 냉각 시스템을 결합하여 설정할 수 있습니다.
모형의 흐름 및 온도 프로파일을 시뮬레이션하기 위해 CFD 솔버가 구현되었습니다. 연속성 (2) 및 에너지 보존 방정식 (3)과 같은 지배 방정식30은 공기 흐름의 시간 의존적 열 문제를 해결하기 위해 사용되었습니다.
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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 축적되고 배터리 온도가 상승하기 쉽습니다. LIB의 이상적인 작동 온도는 20-40 °C 8,9입니다. 배터리 스트링의 배터리 간 최대 온도 차이는 5°C10,11을 초과해서는 안 됩니다. 그렇지 않으면 배터리 간의 온도 불균형, 노화 가속화, 과열, 화재, 폭발 등과 같은 일련의 위험이 발생할 수 있습니다12. 따라서 해결해야 할 중요한 문제는 좁은 시간 내에 배터리 팩의 온도와 온도 차이를 제어할 수 있는 효율적인 배터리 열 관리 시스템(BTMS)을 설계하고 최적화하는 것입니다.
일반적인 BTMS에는 공랭식, 수냉식 및 상변화 물질 냉각이 포함된다13. 이러한 냉각 방법 중에서, 공랭식은 비용이 저렴하고 구조가 단순하기 때문에 널리 사용된다(14). 공기의 제한된 비열 용량으로 인해 공랭식 시스템의 배터리 셀 간에 고온 및 큰 온도 차이가 발생하기 쉽습니다. 공랭식 BTMS의 냉각 성능을 향상시키기 위해서는 효율적인 시스템(15,16,17)을 설계할 필요가 있다. Qian et al.18은 배터리 팩의 최대 온도 및 온도 차이를 수집하여 시리즈 공랭식 배터리 팩의 셀 간격을 최적화하는 데 사용되는 해당 베이지안 신경망 모델을 훈련했습니다. Chen et al.19는 Z형 병렬 공랭식 시스템에서 입구 발산 플레넘과 출구 수렴 플레넘의 폭을 최적화하기 위해 뉴턴 방법과 유동 저항 네트워크 모델을 사용했다고 보고했습니다. 그 결과 시스템의 온도 차이가 45% 감소한 것으로 나타났습니다. Liu et al.20은 J-BTMS에서 5개 그룹의 냉각 덕트를 샘플링하고 앙상블 대리 기반 최적화 알고리즘으로 셀 간격의 최적 조합을 얻었습니다. Baveja et al.21은 패시브 밸런스 배터리 모듈을 모델링했으며, 이 연구는 모듈 수준 패시브 밸런싱에 대한 열 예측의 효과와 그 반대의 효과를 설명했습니다. Singh et al.22은 결합된 전기화학-열 모델링을 사용하여 설계된 강제 대류 공기 냉각과 함께 캡슐화된 상변화 물질을 사용하는 배터리 열 관리 시스템(BTMS)을 조사했습니다. Fan et al.23은 미세유체 응용 분야에서 높은 인식을 가진 각형 유형 리튬 이온 배터리에 더 안전한 온도 범위를 제공하기 위해 다단계 Tesla 밸브 구성으로 구성된 액체 냉각판을 제안했습니다. Feng et al. 24는 변동 계수 방법을 사용하여 입구 유량과 배터리 간극이 다른 방식을 평가했습니다. Talele et al.25는 난방 필름의 최적 배치를 기반으로 잠재적으로 생성된 열을 저장하기 위해 벽 강화 파이로 라이닝 단열재를 도입했습니다.
공냉식 BTMS를 사용하면 금속 먼지 입자, 광물 먼지 입자, 건축 자재 먼지 입자 및 외부 환경의 기타 입자가 송풍기에 의해 공냉식 BTMS로 유입되어 배터리 표면이 DPM으로 덮일 수 있습니다. 방열 계획이 없으면 지나치게 높은 배터리 온도로 인해 사고가 발생할 수 있습니다. 시뮬레이션 후 지정된 기류 속도와 먼지가 없는 환경에서 배터리 팩의 최대 온도를 먼지가 많은 환경에서의 예상 온도로 사용합니다. 첫째, C-rate는 배터리가 지정된 시간 내에 정격 용량을 방출할 때 필요한 전류 값을 나타내며, 이는 데이터 값에서 배터리 정격 용량의 배수와 같습니다. 이 논문에서 시뮬레이션은 2C 속도 방전을 사용합니다. 정격 용량은 10Ah이고 공칭 전압은 3.2V입니다. 인산철리튬(LiFePO4)은 양극 재료로 사용되며 탄소는 음극 재료로 사용됩니다. 전해질에는 전해질 리튬염, 고순도 유기용매, 필요한 첨가제 및 기타 원료가 포함되어 있습니다. OLHA를 통해 흡입구의 다양한 속도 조합을 나타내는 랜덤 어레이를 결정하고, 곡선 피팅의 정확도를 확인하는 조건으로 배터리 팩의 최대 온도와 흡입구 유속 조합 사이의 2차 함수를 설정하였다. 라틴 하이퍼큐브(LH) 설계는 McKay et al.26에 의해 제안된 이후 많은 컴퓨터 실험에 적용되었습니다. LH는 N x p-행렬 L로 주어지며, 여기서 L의 각 열은 1에서 N까지의 정수의 치환으로 구성됩니다. 본 논문에서는 계산 부담을 줄이기 위해 최적의 라틴어 하이퍼큐브 샘플링 방법을 사용한다. 이 방법은 층화 샘플링을 사용하여 샘플링 지점이 모든 샘플링 내부를 포함할 수 있도록 합니다.
다음 단계에서는 에너지 소모량을 동시에 고려한 조건에서 ASAM을 기준으로 먼지가 많은 환경에서 배터리 팩의 최대 온도를 낮추도록 입구 유속 조합을 최적화했습니다. 적응 시뮬레이션 어닐링 알고리즘은 광범위하게 개발되어 많은 최적화 문제27,28에서 널리 사용되었습니다. 이 알고리즘은 특정 확률로 최악의 해를 받아 국소 최적해에 갇히는 것을 피할 수 있습니다. 글로벌 최적해는 수용 확률과 온도를 정의하여 달성됩니다. 이 두 매개 변수를 사용하여 계산 속도를 조정할 수도 있습니다. 마지막으로, 최적화의 정확도를 확인하기 위해 최적의 결과를 시뮬레이션 소프트웨어에서 얻은 해석 결과와 비교했습니다.
본 논문에서는 더스트 커버로 인해 온도가 상승하는 배터리 팩에 대해 배터리 박스의 입구 유량에 대한 최적화 방법을 제안한다. 목적은 에너지 소비가 적은 경우 먼지로 덮인 배터리 팩의 최대 온도를 먼지로 덮이지 않은 배터리 팩의 최대 온도 이하로 낮추는 것입니다.

<table><tbody><tr><td>Ansys-Workbench</td><td>ANSYS</td><td>N/A</td><td>다목적 유한 요소 방법 컴퓨터 설계 프로그램 소프트웨어.https://www.ansys.com</td></tr><tr><td>Isight</td><td>Engineous Sogtware</td><td>N/A</td><td>종합 컴퓨터 지원 엔지니어링 소프트웨어.https://www.3ds.com</td></tr><tr><td>NVIDIA GPU</td><td>NVIDIA</td><td>N/A</td><td>아래 소프트웨어 프레임워크 중 일부는 그렇지 않으면 작동하지 않으므로 NVIDIA GPU가 필요합니다. https://www.nvidia.com</td></tr><tr><td>소프트웨어</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>SOLIDWORKS</td><td>Dassault Systemes</td><td>N/A</td><td>SolidWorks는 다양한 설계 솔루션을 제공하고 설계 프로세스의 오류를 줄이며 제품 품질을 향상시킵니다 www.solidworks.com</td></tr></tbody></table>

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

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

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.

프로토콜에 따라 배터리 팩의 최대 온도를 얻기 위해 모델링, 메싱 및 시뮬레이션을 포함하는 처음 세 부분이 가장 중요합니다. 그런 다음 샘플링을 통해 기류 속도를 조정하고 마지막으로 최적화를 통해 최적의 유량 조합을 얻습니다.
그림 9는 다양한 환경에서의 배터리 팩 온도 분포 비교를 보여주고, 그림 10 은 다양한 환경에서의 두 번째 배터리 온도 분포를 비교한 것입니다. 도 9 및 도 10에서 볼 수 있듯이 DPM(Dusty Particulate Matter)의 낮은 열전도율로 인해 먼지가 많은 상태에서 배터리의 온도가 일정 수준으로 상승합니다....

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.

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 ...

본 연구는 낮은 에너지 소비를 목표로 배터리 냉각 박스의 적은 부분에서 기류 속도를 할당하여 셀 표면을 덮고 있는 먼지가 많은 미립자 물질로 인한 셀 온도 상승 및 성능 저하 문제를 해결하는 것을 목표로 합니다. 배터리 관리 시스템의 에너지 소비와 열 성능을 동시에 고려한 최적화 방법이 확립되었습니다. 또한 최소한의 운영 비용으로 배터리 팩의 수명을 개선하는 데 널리 사용할 수 있습니다.

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

Research

연구

JoVE Journal

Engineering

공학

이 작업은 열 폭주 (TR)를 겪고있는 리튬 이온 배터리 음극 및 양극 재료의 반응 역학을 결정하는 것을 목표로합니다. 동시 열 분석 (STA) / 푸리에 변환 적외선 (FTIR) 분광계 / 가스 크로마토 그래피 질량 분석법 (GC-MS)을 사용하여 열 이벤트를 밝히고 방출 된 가스를 감지했습니다.

리튬 이온 배터리의 분해 메커니즘의 식별 및 정량화; 열 폭주 모델링을 위한 열 흐름 시뮬레이션에 대한 입력

여기에서는 환경 챔버에서 다양한 매개변수의 현장 측정을 통해 리튬 이온 전지의 열 폭주 및 화재를 특성화하기 위해 개발된 테스트 절차를 설명합니다.

현장 환경 챔버를 사용한 열 폭주 중 리튬 이온 전지의 가스 분석 및 화재 특성 분석

여기에서는 공기 흐름 패턴을 조절하여 신선 식품을 통풍 상자에 장기간 보관할 수 있도록 직교 실험 설계에 의해 생성된 샘플 포인트를 최적화하는 범위 분석 방법을 제시합니다.

고성능 Vented Box의 설계 및 최적화 전략

본 연구는 수치 해석 소프트웨어와 반응 표면 방법론(RSM)을 결합하여 유체 점성 클러치의 마찰판에 대한 최적화 설계 방법을 체계적으로 탐구합니다.

Hydro-Viscous 클러치의 마찰판을 위한 파라메트릭 최적화 설계 방법

리튬 이온 배터리의 동전 전지를 구성하고 테스트하는 프로토콜이 설명되어 있습니다. , 작업 전극을 만드는 카운터 전극을 준비, 글러브 박스 안에 셀을 조립하고 세포를 테스트의 구체적인 절차가 제공됩니다.

건설과 리튬 이온 배터리의 동전 전지의 테스트

리튬 이온 배터리는 주위 온도 응용 프로그램에 적합 가연성 및 휘발성 유기 전해질을 사용합니다. 유기 전해질에 대한 안전한 대안은 솔리드 폴리머 배터리입니다. 고체 고분자 전지 따라서 이러한 깊은 석유 시추 및 하이브리드 전기 자동차와 같은 고온 응용 프로그램들을 적용하고, 높은 온도 (&gt; 120 ° C)에서 안전하게 작동합니다. 이 문서는 (a) 고분자 합성, (B) 고분자 전도 메커니즘, 그리고 (c) 고체 고분자 유기 전해질 모두 온도 사이클을 제공에 대해 설명합니다.

리튬 배터리 애플리케이션을위한 고체 그래프트 공중 합체 전해질

우리는 여러 특성화 기술의 동시 성능 (수 고체 산화물 연료 전지 (SOFCs)에 전극 표면을 특징에 대해 고유 한 플랫폼을...

고체 산화물 연료 전지의 전극 표면을 탐색 및 매핑

우리는 싱크로트론 X-선 흡수 분광 (XAS) 및 X 선 회절에 리튬 이온 및 NA-이온 전지의 전극 재료의 층간 삽입 / 탈리 프로세스의 세부 사항을 조사하는 (XRD) 기술의 사용을 설명한다. 시츄 및 현지 외 실험 장치의 동작과 관련된 구조적 거동을 이해하기 위해 사용되는 두...

방사광 기술을 사용하여 리튬 이온과 나트륨 이온 배터리 용 전극 재료의 특성

우리는 동일계 중성자 분말 회절 (NPD)에 이용 전극 재료의 시험을위한 전기 화학 전지의 설계와 구성을 기술한다. 우리는 간단히 현장 NPD의 셀 설계의 대안에 대해 언급하고이 세포를 사용하여 생산 현장 NPD 데이터에 대응하는 분석 방법에 대해 설명합니다.

제자리 중성자 분말 회절에서 사용자 정의 - 만든 리튬 이온 배터리를 사용하여

비수성 전극 처리는 코인 셀 구성 및 리튬 이온 배터리에 대한 새로운 전극 화학 평가의 핵심입니다. 학술적 실험 환경에서 배터리로 작업하는 전기 화학 엔지니어로서 필요한 기본 관행에 대한 단계별 가이드가 제공됩니다.

리튬 이온 코인 셀의 비수 전극 가공 및 건설

학습하세요 먼지로 덮인 리튬 이온 배터리 팩의 공기 기반 열 관리 시스템 최적화 방법을. 적응형 모의 담금질 기법(ASAM)과 이차 응답표면모델(QRSM)을 활용하여 에너지 소비를 줄이면서 배터리 수명을 연장하는 비용 효율적인 솔루션을 제공합니다.

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

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