Skip to main content
SUPERVISOR
Mohamadreza Salimpour,Ebrahim Shirani
محمدرضا سلیم پور (استاد راهنما) ابراهیم شیرانی چهارسوقی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Mohamad Abolhasani moghadam
محمد ابوالحسنی مقدم

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389

TITLE

Using Extended Surfaces to Improve the Cooling Performance of Li-Ion Batteries using Phase Change Materials
With the extremely rapid progress in developing new micro- electrical devices and the urgent need to harvest and store energy, thermal control and the design of a new generation of energy storage materials have grown in importance. Thermal control issues appear in designing small size electronic chips, which are subjected to high heat generation densities, and in controlling space vehicles from the excessive aerodynamic heating. In designing a thermal protection system of such application, selecting the material is a very important issue. The material used should have high specific heat with high thermal conductivity to be able to absorb and diffuse heat quickly. One of the present cooling methods in engineering systems is the usage of materials with capability of phase change in sufficient temperature range for cooling the specified piece of the device. These materials are named as phase change material or PCM, and they are ones with large latent heat which are used for great energy absorption in constant temperature having phase change as absorbing energy. To this end, investigation of inactive cooling which uses PCM as coolant in Lithium- Ion Batteries will be discussed in this work. Positive point of all PCMs is due to the large special and latent heat in these devices. On the other hand, low heat conduction coefficient is negative point in almost all PCMs. Low heat conduction of PCMs would result in increasing the response time. To overcome the low heat conduction coefficient, fins are used in this study; also we have investigated the arrangement of fins. ANSYS-FLUENT software is used for numerical simulation of the problem with Solidification Melting solver in axial symmetry manner. The results of comparison of the air cooling and cooling by materials with phase change capability show that battery cooling operation has been improved by using the material with phase change capability for the specific time range in which these materials have not completely been molten. On the other hand, the variation heat transfer coefficient of natural convection around the battery does not affect the improvement of battery cooling with use of material with phase change capability. Also the use of fins would result in improvement of the battery cooling operation in comparison to the state in which no fin is used. Moreover, as the height of fins increase the operation of battery cooling with use of materials with phase change capability will improve. Keywords: Phase change material, Latent heat thermal energy storage, Heat sink, Thermal conductivity, Fins, Solidification and Melting.
یکی از روش های موجود برای خنک کاری در سیستم های مهندسی، استفاده از مواد با قابلیت تغییر فاز در محدوده ی دمایی مناسب جهت خنک کاری قطعه ی مورد نظر است. این مواد که به PCM معروفند، موادی هستند با گرمای نهان بالا که معمولا برای جذب انرژی فراوان در درجه حرارت ثابت مورد استفاده قرار می گیرند و در ضمن جذب انرژی تغییر فاز می دهند. به همین منظور در این مطالعه به بررسی خنک کاری غیرفعالی که از PCM به منظور خنک کاری باتری لیتیم –یون استفاده می کند پرداخته خواهد شد. نکته مثبت تمام PCM ها بالا بودن گرمای ویژه و گرمای نهان آنهاست. ولی پایین بودن ضریب انتقال حرارت هدایتی ضعف تقریبا تمام PCM هاست. پایین بودن ضریب هدایت PCM ها باعث افزایش زمان پاسخ می شود. به منظور غلبه بر کوچک بودن ضریب هدایت حرارتی در این پژوهش، از فین استفاده شده است، همچنین نحوه مناسب چیدمان فین ها را نیز مورد بررسی قرار داده ایم. شبیه سازی عددی مسئله با استفاده از نرم افزار ANSYS – FLUENT و با استفاده از حل کننده ی Solidification Melting به صورت تقارن محوری انجام شد. نتایج حاصل از مقایسه ی خنک کاری هوایی و خنک کاری با استفاده از مواد با قابلیت تغییر فاز حاکی از بهبود عملکرد خنک کاری باتری با استفاده از مواد با قابلیت تغییر فاز برای بازه ی زمانی خاصی که این مواد به صورت کامل ذوب نشده است، می باشد. از طرفی تغییر ضریب انتقال حرارت جابجایی آزاد اطراف باتری تاثیری در بهبود عملکرد خنک کاری باتری با استفاده از مواد با قابلیت تغییر فاز ندارد. همچنین استفاده از فین باعث بهبود عملکرد خنک کاری باتری نسبت به حالتی که از فین استفاده نمی شود گردیده و هرچه ارتفاع فین افزایش پیدا می کند، عملکرد خنک کاری باتری با استفاده از مواد با قابلیت تغییر فاز بهبود می یابد. کلمات کلیدی: مواد با قابلیت تغییر فاز، خنک کاری غیر فعال، باتری لیتیم- یون، سطوح گسترده.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی