عنوان پایان‌نامه
مطالعه تجربی پایش حرارتی تجهیزات الکترونیکی مستطیلی شکل با استفاده از مواد تغییر فاز دهندهPCM
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک - تبدیل انرژی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 78010;کتابخانه پردیس البرز شماره ثبت: 1248;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 78010;کتابخانه پردیس البرز شماره ثبت: 1248
- تاریخ دفاع
- ۱۰ مهر ۱۳۹۵
- دانشجو
- مهدی محرابی کرمانی
- استاد راهنما
- مهدی اشجعی
- چکیده
- باتری‌های لیتیوم یون به عنوان فن‌آوری برتر برای ذخیره سازی انرژی در وسایل قابل حمل به علت چگالی انرژی بالای خود، قابلیت نگهداری شارژ و همچنین چرخه عمر طولانی شناخته شده‌اند. با این حال، در طول استفاده، سلول‌های لیتیوم یون به دلیل تاثیرات مقاومت داخلی، میل به تولید گرما دارند. دمای بهینه برای این نوع باتری‌ها مابین 20 تا 40 درجه سانتی گراد است. در بسته باتری‌های بزرگتر، که در آن سلول‌ها به طور فشرده برای پایداری مکانیکی بسته می‌شوند، مقدار قابل توجهی گرما می‌تواند تولید شود. این امر می‌تواند منجر به افزایش بیش از حد درجه حرارت به مقداری بیش از 60 درجه سانتی گراد شود که می‌تواند باعث انفجار سلول شود. بنابراین طراحی و پیاده سازی یک سیستم مدیریت حرارتی برای تخلیه موثر حرارت تولید شده در بسته باتری‌ها که سلول‌ها را در محدوده دمایی مجاز 50 تا 60 درجه سانتی‌گراد نگه داری کند، بسیار مهم است. به علاوه، سیستم مدیریت حرارت باید برای کاهش غیر یکنواختی توزیع درجه حرارت داخل بسته نیز طراحی شود. در این پژوهش یک راه حل با استفاده از ترکیب سیستم فعال انتقال حرارت اجباری هوا و سیستم غیر فعال پارافین با دمای ذوب 42 تا 44 درجه سانتی گراد تزریق شده درون متال فوم از جنس مس به عنوان ماده تغییر فاز دهنده (PCM-metalfoam)، به کار گرفته شده است تا دمای سطح باتری را در هنگام شارژ در محدوده مجاز دمایی نگهداری کند و همچنین توزیع دما روی سطح باتری را یکنواخت کند. بدین منظور، از یک هیتر سرامیکی به عنوان شبیه ساز گرمایش باتری استفاده شده است. تغییرات دما در گذر زمان روی سطح و مرکز هیتر، در دبی‌های مختلف هوا از رینولدز 165 تا 905 و شارهای مختلف حرارتی هیتر از 50 تا 70 ولت متناوب در حضور و عدم حضور متال فوم و پارافین به عنوان ماده تغییر فاز دهنده ثبت شد. با مقایسه و تحلیل داده‌ها، تاثیر دبی هوای ورودی به چاه حرارتی، افزایش شار حرارتی هیتر و حضور پارافین مورد بررسی قرار گرفت. از نتایج بدست آمده به این نکته پی برده شد که استفاده از پارافین و متال فوم و جریان اجباری هوا، به خاطر ظرفیت گرمایی بالای پارافین و ذخیره انرژی حرارتی، ساختار یکپارچه متال فوم و هدایت حرارتی بالای مس و تخلیه همزمان حرارت از طریق چاه حرارتی پین دار متصل شده به متال فوم، می‌تواند دمای سطح باتری را در حالت شارژ عادی و سریع در محدوده دمایی مجاز زیر 60 درجه سانتی گراد در حالت پایدار نگه دارد و در حالت دشارژ سریع که بیشترین تولید حرارت در باتری‌ها می‌باشد، مدت زمان دشارژ را در محدوه مجاز دمایی، به طور قابل قبولی افزایش دهد. برای اعتبارسنجی نتایج، از دو کار آزمایشگاهی با چاه حرارتی مشابه استفاده شد که نتایج آن تطابق خوبی داشتند.
- Abstract
- Lithium ion (Li-ion) batteries have been gaining recognition as the primary technology for energy storage in motive applications due to their improved specific energy densities, charge retention capabilities and long cycling life. However, during utilization, Li-ion cells tend to self-heat due to the effects of internal resistance. The optimum temprature is 20 to 40 0C for these types of batteries. In larger battery packs, where cells are typically stacked together and compressed for mechanical stability, a significant amount of heat could be generated. This could lead to an excessive rise in the temperature of the cells more than 60 0C, potentially resulting in explosion of cells. Therefore, the design and implementation of a thermal management system (TMS) is critical to effectively dissipate the heat generated in a battery pack and ensure that the cells are operating in the desired temperature range of 50 to 60 0C. In addition, the TMS must be designed to mitigate the non-uniformities in the temperature distributions inside the pack. In this study, a solution using combined system including active with forced air heat transfer and passive as paraffin with melting point of 42 to 44 0C by the injection to copper metal foam as PCM-metalfoam, has been handled. This is applied to keep the surface temperature of the battery pack in the specefic range and make uniform temperature distribution on the surface of the battery. For this purpose, a ceramic heater as the heatung battery simulator is used. Temperature changes over time on surface and center of heater, in various air flow Reynolds of 165 to 905 and different heat flux of heater of 50 to 70 volts of current power supply in the presence and absence of metal foam and paraffin as PCM was recorded. By comparing and analyzing data, the impact of the incoming air flow to the heat sink, increasing the heat flux of heater And the using of paraffin were studied. to be recognized that the use of paraffin and metal foam and forced flow of air, Paraffin due to the high heat capacity and thermal energy storage, integrated structure and high thermal conductivity of copper metal foam And the discharge of heat through the attached pinned heat sink to metalfoam, the surface temperature of the battery in the normal and fast charging in the range of allowable temperature under 60 0C is kept at steady state and in the rapid discharge mode, which is the largest heat generation in batteries, discharge time duration is acceptable increase in the allowable temprature range. For validation of results, from two papers with the same heat sink, results were in good agreement.
