การจำลองและวิเคราะห์ผลของการใช้อากาศสำหรับการถ่ายโอนความร้อนจากแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน NMC ในรถยนต์ไฟฟ้าด้วยวิธีการ CFD
Article Sidebar
Main Article Content
บทคัดย่อ
รถยนต์ไฟฟาในปัจจุบันมีความก้าวหน้าและถูกนำมาใช้งานในชีวิตประจำอย่างแพร่หลายซึ่งมีแนวโน้มจะเข้ามาแทนที่รถยนต์สันดาปภายใน หนึ่งในเทคโนโลยีที่สำคัญคือแบตเตอรี่ซึ่งเป็นตัวกำหนดถึงระยะทางในการขับขี่ของรถยนต์ไฟฟ้าโดยปัจจุบันประเภทของแบตเตอรี่ที่สำคัญที่ใช้ในรถยนต์คือลิเทียมไอออน NMC เนื่องจากความหนาแน่นของพลังงานสูงแต่ก็มีข้อเสียคือประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ไวต่ออุณหภูมิจึงทำให้การออกแบบระบบระบายความร้อนมีความสำคัญต่อแบตเตอรี่ประเภทนี้อย่างมากโดยความร้อนนั้นเกิดจากการประจุและคลายประจุของแบตเตอรี่ งานวิจัยของ Mohsen Akbarzadeh และคณะได้จำลองการไหลและการถ่ายเทความร้อนด้วยวิธีการ CFD ซึ่งพบว่าการใช้อัตราการไหล 21 l/s ร่วมกับช่องเดินอากาศขนาด 5 mm นั้นเพียงพอต่อการระบายความร้อนของแบตเตอรี่ NMC ขนาด 3.7 V 43 Ah จำนวน 12 ก้อน ให้รักษาอุณหภูมิของแบตเตอรี่ให้อยู่ในระดับปกติ งานวิจัยนี้จึงได้นำโมเดลของ Mohsen Akbarzadeh มาประยุกต์ใช้กับแบตเตอรี่ NMC ขนาด 180 Ah 3.7 V จำนวน 24 ก้อน ซึ่งจากการจำลอง CFD พบว่าแบตเตอรี่ยังมีอุณหภูมิที่สูงกว่าย่านการใช้งานปกติจึงมีการปรับปรุงอัตราการไหลเชิงปริมาตรเป็น 127 l/s ซึ่งสามารถรักษาอุณหภูมิของแบตเตอรี่ให้อยู่ในย่านการใช้งานปกติได้ แต่ยังมีความดันสูญเสียที่สูงจึงมีการปรับปรุงช่องการไหลของอากาศให้เป็น 7 mm ซึ่งทำให้ความดันสูญเสียลดลงแต่อุณหภูมิเกินย่านการใช้งานไป 10 °C จึงไม่สามารถนำไปใช้ได้จริงในทางปฏิบัติ
Article Details
อนุญาตภายใต้เงื่อนไข Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
ลิขสิทธิ์เป็นของวารสารวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ
เอกสารอ้างอิง
M. A. Hannan, M. M. Hoque, A. Mohamed and A. Ayob, "Review of energy storage systems for electric vehicle applications: Issues and challenges," Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 69, pp. 771–789, 2017.
[M. M. Thackeray, C. Wolverton and E. D. Isaacs, "Electrical energy storage for transportation—approaching the limits of, and going beyond, lithium-ion batteries," Energy & Environmental Science, vol. 5, no. 7, pp. 7854–7863, 2012.
B. Nykvist and M. Nilsson, "Rapidly falling costs of battery packs for electric vehicles," Nature Climate Change, vol. 5, no. 4, pp. 329–332, 2015.
K. T. Chau, C. C. Chan and C. Liu, "Overview of permanent-magnet brushless drives for electric and hybrid electric vehicles," IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 55, no. 6, pp. 2246–2257, Jun. 2008.
G. Zubi, R. Dufo-López, M. Carvalho and G. Pasaoglu, "The lithium-ion battery: State of the art and future perspectives," Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 89, pp. 292–308, 2018.
A. Pesaran, M. Keyser, G. H. Kim, S. Santhanagopalan and K. Smith, "Lithium-ion batteries for electric vehicles: Thermal issues and mitigation strategies," SAE Int. J. Altern. Powertrains, vol. 2, no. 2, pp. 1–10, 2013.
Y. Wang, X. Zhang, J. Li and B. Wu, "A review of lithium-ion battery thermal management systems and strategies for electric vehicles," Energy Reports, vol. 6, pp. 65–91, 2020.
[R. Zhao, J. Liu and J. Gu, "The effects of thermal management strategies on the cycle life of lithium-ion batteries in electric vehicles," Applied Energy, vol. 240, pp. 8–21, 2019.
X. Feng et al., "Thermal runaway mechanism of lithium-ion battery for electric vehicles: A review," Energy Storage Materials, vol. 10, pp. 246–267, 2018.
T. M. Bandhauer, S. Garimella and T. F. Fuller, "A critical review of thermal issues in lithium-ion batteries," J. Electrochem. Soc., vol. 158, no. 3, pp. R1–R25, 2011.
M. Akbarzadeh et al., "A comparative study between air cooling and liquid cooling thermal management systems for high-energy lithium-ion battery module," Energy, vol. 233, 121108, 2022.
Thermodynamics Society, "Flow regime in pipes [Figure]," ThermoFluid Engineering, Apr. 12, 2020.
R. D. Moser and P. Moin, "A numerical study of turbulent channel flow at low Reynolds number," J. Fluid Mech., vol. 275, pp. 41–78, 1999.
H. Schlichting and K. Gersten, Boundary-Layer Theory, 8th ed. Berlin, Germany: Springer, 2000, pp. 607–609.
Y. A. Çengel and M. A. Boles, Thermodynamics: An Engineering Approach, 8th ed. New York, NY, USA: McGraw-Hill Education, 2015.
D. C. Wilcox, Turbulence Modeling for CFD, La Cañada, CA, USA: DCW Industries, 1998.
H. K. Versteeg and W. Malalasekera, An Introduction to Computational Fluid Dynamics: The Finite Volume Method, 2nd ed. Harlow, UK: Pearson Education, 2007.
Y. Wang and J. Xu, "Effect of airflow distribution on thermal performance in battery thermal management system for electric vehicles," Applied Thermal Engineering, vol. 130, pp. 254–261, 2018.
Z. Li and J. Dong, "Effect of flow velocity and distribution on heat dissipation in a lithium-ion battery pack," J. Power Sources, vol. 446, 227324, 2020.
