Nghiên cứu hệ thống làm mát pin xe điện bằng không khí kết hợp dòng chảy ngược

òng Khí kết

ĐÓI TƯỢNG NGHIÊN CỨU:

g2 Nhụ cầu giảm lượng khí thải

Carbon dioxide từ ngành
W7e lard

Xe dién thuan tuy va xe dién

hybrid ngày càng phát triên
Nhưng chưa đáp ứng được

quãng đường ởi được xa, tính

kinh tế nhiên liệu thấp và hiệu

suât cao
Gặp những khó khăn trong việc
phát triên hệ thông pin trên xe

VAN DE HE THONG PIN:

Tudi tho Ảnh

va hiéu hưởng
suat cua
cac vien trực tiệp

pin giảm đên hiệu

suật, tuôi
dang ke thọ và độ
va bo pin an toàn
mat hieu
của bộ pin
LUT)

Hướng tiếp cận và giải quyết vẫn đề

man Xác định nhược điểm của kiểu làm mát

Đánh giá tình trạng làm mát hiện tại hiện tại

Thu thập dữ liệu về nhiệt độ hoạt động,
hiệu suất với các điều kiện khác nhau

Xây dựng mơ hình mơ phỏng Sử dụng phần mềm ANSYS để tạo mô
hình dịng chất lỏng và truyện nhiệt trong
hộp pin
Mô phỏng cả làm mát nối tiếp và song

song của từng phương pháp

Thử Nghiệm Các Cấu Trúc Làm Mát Thử nghiệm với các tâm có kích thước
và hình dạng khác nhau
Khác Nhau
Tôi ưu hóa vị trí cửa hút gió và thốt khí

Hướng tiếp cận và giải quyết vẫn đề

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU:

Cải thiện tính đồng nhất nhiệt độ của bộ pin và nhiệt độ trung

bình của bộ pin

Giảm sự chênh lệch nhiệt độ giữa các viên pin

Tăng hiệu suất và kéo dài tuổi thọ của pin

Tăng cường hơn nữa khả năng tản nhiệt cho bộ pin


Geometry: Xử lí hình học

Xử lí trực tiếp trong mơi trường ansys

ta ra Khoảng cách giữa Đường kính pin 38
2X10 cell pin | Cưa hút gió 7 rr mm
104x65 |
2 pin we 52 |

130
mm
104
mm

Meshing: Chia lưới trong Ansys

— Chọn chế độ Auto - đơn giản

Lưới bề mặt Lưới Pin

ul Hộ j

w y

Payer ete —..

GÀ A CC C Sa HÀ PP\`¬ Sr
Ses

`Ư XASF oe eenTố. sỉSee Tra.

e e ....

0,000 0,100 0,200 (rn) 0,000 0,100 0,200 (m)

0,050 0,150

Setup: thiết lập các điều kiện biên psk Page

General ͌@) |

ma... @ General = Mesh ||Report Quality|
| Scale... | Check |
-) © Models | Display... || Units...

€@® Multiphase (Off)

@® Energy (On)

t? Viscous (Standard k-e, Enhanced Wall Fn) Solver
Type
" Radiation (Off)
+ + ®' Pressure-Based Velocity Formulation
i Heat Exchanger (Off) Density-Based
" ®' Absolute
Ấy, Species (Off) Relative

+) £ Discrete Phase (Off)

@ Solidification & Melting (Off) không nén

©) Acoustics (Off) được???

<† Structure (Off) Time
Steady
đó Eulerian Wall Film (Off) Í _ Tốc độ trao đổi
tral Potential/Li-ion Battery (Off) ® Transient
- | nhiệt theo thời gian
ñ Battery Model (Off)

Ey Materials

EH cell Zone Conditions Vv Gravity

+ Boundary Conditions

+ ce Mesh Interfaces Gravitational Acceleration

2] Dynamic Mesh X [m/s*] 9 7

Reference Values

+) IZ, Reference Frames Y [m/s*] -9.81 v

fro Named Expressions Z[m/s”] 9 v
- Solution

% Methods

> Controls

+ Report Definitions

+) Q Monitors

FP cell Registers

a Initialization

+) # Calculation Activities

© Run Calculation

Setup: thiết lập các điều kiện biên Models (@]

- Setup Models
@ General

Viscous Model Energy - On
-) © Models Viscous - SST k-omega
Model Model Constants Radiation - Off
€@® Multiphase (Off) Inviscid Cmu Heat Exchanger - Off
Laminar 0.09 Species - Off
@®) Energy (On) Spalart-Allmaras (1 eqn) Discrete Phase - Off
C1-Epsilon Solidification & Melting - Off
t? Viscous (Standard k-e, Enhanced Wall Fn) ®' k-epsilon (2 eqn) 1.44 Acoustics - Off
k-omega (2 eqn) Structure - Off
. Radiation (Off) Transition k-kl-omega (3 eqn) C2-Epsilon
Transition SST (4 eqn) 1.92
i Heat Exchanger (Off) Reynolds Stress (7 eqn)
Scale-Adaptive Simulation (SAS)
Ấy, Species (Off) Detached Eddy Simulation (DES) TKE Prandtl Number
Large Eddy Simulation (LES) 1
+) £ Discrete Phase (Off) oe tas ei ~££
k-epsilon Model
& Solidification & Melting (Off) TDR Prandtl Number oo Energy x
@) Standard 3
E\!] Acoustics (Off) Energy
RNG Vv Energy Equation
<† Structure (Off) Realizable Energy Prandtl Number
0.85
đó Eulerian Wall Film (Off)
Wall Prandtl Number
tral Potential/Li-ion Battery (Off) 0.85 Phuong trinh

ñ Battery Model (Off) Near-Wall Treatment FEB [conc năng lượng

+ Ey Materials Standard Wall Functions

+ EH cell Zone Conditions Scalable Wall Functions

+ Boundary Conditions Non-Equilibrium Wall Functions User-Defined Functions

+ ce Mesh Interfaces @) Enhanced Wall Treatment Turbulent Viscosity

2] Dynamic Mesh Menter-Lechner none ~

Reference Values User-Defined Wall Functions Prandtl Numbers
+) IZ, Reference Frames
Enhanced Wall Treatment Options TKE Prandtl Number
fro Named Expressions
- Solution Pressure Gradient Effects none v

9, Methods Vv Thermal Effects TDR Prandtl Number

Options none v.

Energy Prandtl Number
Buoyancy Effects Only Turbulence Production ¥ none v.
»< Controls Viscous Heating
Vv Curvature Correction Wall Prandtl Number
+ Report Definitions
Production Kato-Launder none bé
+) © Monitors
Production Limiter
FP cell Registers
Curvature Correction Options
= Initialization CCURV

+) # Calculation Activities
constant
G) Run Calculation
1

Setup: thiết lập các điều kiện biên

- Setup SZ!
General

“' D Models

€@® Multiphase (Off) Fluent Database Materials (=) (&) Material Type Vật liệu cho pin
solid
@®) Energy (On) Fluent Solid Materials [1/13]

t? Viscous (Standard k-e, Enhanced Wall Fn) gold (au)
gypsum (caso4_2h20)
Sih Radiation (Off) inickel (ni) Order Materials by
steel
its Heat Exchanger (Off) titanium (ti) ® Name
wood
Ấy, Species (Off) Chemical Formula

+) £ Discrete Phase (Off)

& Solidification & Melting (Off)

EÌ| Acoustics (Off) Copy Materials from Case.... Delete
Properties Density [kg/m7] constant

<⁄{ structure (Off)
8900 * | View...
đối Eulerian Wall Film (Of) Y |View...

tral Potential/Li-ion Ba

ñ Battery M

+ Ey Materials Cp (Specific Heat) [3/(kg K)] constant

+) EX Cell Zone Conditions 460.6

+ Boundary Conditions Thermal Conductivity [W/(m K)] constant

+ ce Mesh Interfaces * . View...

2] Dynamic Mesh 91.74

Reference Values Electrical Conductivity [S/m] constant * . View...

+ 1% Reference Frames 1.282e+07

fro Named Expressions Mannatic Parmaahility [H/m1_eanctant xv Vio *
- Solution

9, Methods

>% Controls

+ Report Definitions

+) Q Monitors

FP cell Registers

a Initialization
+) # Calculation Activities

G) Run Calculation

Setup: thiết lập các điều kiện biên Velocity Inlet Diéu ki\ én dau

Zone Name Va O
inlet_ duoi

Momentum Thermal Radiation Species DPM Multiphase Potential UDS

Setup General Velocity Specification Method Magnitude, Normal to Boundary
@ Reference Frame Absolute
Models
-) D

€@® Multiphase (Off) Supersonic/Initial Gauge Pressure [Pa] 9

@®) Energy (On) Turbulence
Specification Method Intensity and Viscosity Ratio
t? Viscous (Standard k-e, Enhanced Wall Fn) Turbulent Intensity [%] 5

+ ") Radiation (Off) Turbulent Viscosity Ratio 49

si Heat Exchanger (Off)

Ấy, Species (Off) Task Page

+) £ Discrete Phase (Off) Boundary Conditio

& Solidification & Melting (Off) Zone Filter Te
E\!] Acoustics (Off)
Inlet
<† Structure (Off) inlet_duoi i wali
đó Eulerian Wall Film (Off) inlet_tren
tral Potential/Li-ion Battery (Off) Zone Name
Interface wall-138
ñ Battery Model (Off) cell_pin_w-contact_region_10-trg Adjacent Cell Zone
cell_pin_w-contact_region_11-trg cell_pin-solid
+ Ey Materials cell_pin_w-contact_region_12-trg Interface Zone
cell_pin_w-contact_region_13-contact_reg... cell_pin_w-contact_region_10-trg
EH cell Zone Conditions cell_pin_w-contact_region_15-trg
cell_pin_w-contact_region_16-trg
+ Boundary Conditions cell_pin_w-contact_region_17-trg
cell_pin_w-contact_region_18-trg
+ ce Mesh Interfaces cell_pin_w-contact_region_19-trg
cell_pin_w-contact_region_2-contact_redi...
2] Dynamic Mesh cell_pin_w-contact_region_20-trg Momentum Thermal Radiation Species DPM Multiphase UDS
cell_pin_w-contact_region_21-trg
Reference Values cell_pin_w-contact_region_22-trg Thermal Conditions
+ 1% Reference Frames
Heat Flux |
fro Named Expressions @ Temperature Wall Thickness [m] 9
Solution Heat Generation Rate [W/m*] 9

Convection
% Methods Vật liệu cho pin
Radiation
> Controls Mixed

+ Report Definitions via System Coupling
via Mapped Interface
+) Q Monitors

FP cell Registers | Material Name : =

a Initialization nickel
+) # Calculation Activities

G) Run Calculation

Setup: thiết lập các điêu

Outline View < Task Page <
| @) |
Filter Text Solution Initialization
x
Outline View < Task Page - Setup Initialization Methods
Reference Values ® General iid Jnitiolizati
Compute from Hyori itialization
i cad ie ene
Se
Filter Text + EV Materials @) Standard Initialization
Reference Zone
- Setup zone_duoi + FA Cell Zone Conditions Compute from

® General + ce
mm Reference `
+) @© Models
Mesh Interfaces Frame
+ kŸ Materials
2] Dynamic Mesh @) Relative to Cell Zone
+ FH Cell Zone Conditions
Reference Values Absolute
+ E1 Boundary Conditions
+) IZ. Reference Frames _.
+ ce Mesh Interfaces & : ` :: Initial Values

2] Dynamic Mesh Named Expressions Gauge Pressure [Pa9[Pa]

Reference Values = Solution :
+) 1Z, Reference Frames X Velocity [m/s]
9, Methods
fo Named Expressions 6 Controls
- Solution
+ Report Definitions 1
9%, Methods
+) Q Monitors Y Velocity [m/s]
>% Controls
FP cell Registers 3.560679e-19

+ Report Definitions 4 Initialization Z Velocity [m/s]

‘& Monitors =) # Calculation Activities 4.599943e-22
a) Autosave (Every Time SteE
BP call Registers Turbulent Kinetic Energy [m?/s?]

(cl. Execute Commands
a Initialization Cell Register Operations 0.00375
+) # Calculation Activities
@ Run Calculation Turbulent Dissipation Rate [m?/s*]
© Run Calculation =) Results 0.008664304

> Surfaces Temperature [K]

`... Chon initialize] [Reset| Patch...
Le Plots

Setup: thiét lap cac diéu kién bién

ee . a
. a Contours i Colorma P x

‘| Contour Name Show Colormap
contour-2 ||) Associated Object

' Options Contours of a contour-2 Colormap
w Filled Temperature...
Node Values |( Total Temperature + | Labels | Log Scale

l Boundary Values == — : vị : Automatic Skip Colormap Size

'Ñ Skip

__| Contour Lines e ) 5 ) 9 ii _100 et

Vv) Global Range | a Number Format Colormap Alignment

Auto Range Surfaces Filter Text Mire) E| =,| || Type Left vị
| float m | Currently Defined
L] Clip to Range ©

|_| Draw Profiles Precision5 ˆ - bqr c v

Ï __| Draw Mesh @® = Edit...| | Delete

aie Font Colormap Dimensions

©) Banded Font Name Length
N< Smooth
— vị 0.54
(@)
. Helvetica 4
“ Colormap Options...
—— Width Ratio
|a =
Font Behavior
f| aa j 7 6

[New Surface x (one:
compte) (sss) (na Font Size

0.032

A

s ẽ

Setup: thiết lập các điều kiện biên

Outline View < Task Page <

a

Filter Text Run Calculation

ce Mesh Interfaces a
đi Dynamic Mesh Check Case... Preview Mesh Mot

E2 Reference Values Time Advancement
+) 1Z, Reference Frames
Type Method
foo Named Expressions User-Specified
- Solution Fixed x

9. vc Parameters

af ee Number of Time Steps = Time Step Size [s]

+ Report Definitions = 2 ÂÀ
() -& Monitors Max Iterations/Time Step Reporting
Interval
1
GP cell Registers 20 =

a Initialization Profile Update Interval
—) # Calculation Activities 1 =

la Autosave (Every Time S Options
Extrapolate Variables
d› Execute Commands Report Simulation Status
+) # Solution Animations Loosely Coupled Conjugate Heat Transfer

Cell Register Operation

© Run Calculation Solution Processing
Statistics
- Results
e Surfaces Data Sampling for Time

eS

. eS a O ane a a ỳy Statistics

A vá

+ moO 2 ! on lê Data File Quantities...

ng Solution Adv. nt
- Parameters & Customization [ Calculate

+ [5.] Parameters

eho nica eben

Kết quả

Vận tốc càng cao thì HT và MXATD càng thấp

HT và MXATD của RLAF đều thấp hơn UDAF |

. RLAF có thê cải thiện đáng kế tính đồng nhất nhiệt độ của bộ pin, đồng thời ha
thap HT va MXATD cta bé pin

Biên độ biên thiên của HT và MXATD đối với hai hệ thông trở nên nhỏ

RLAF: Lồng khơng khí phân lớp ngược

UDAF: Luồng khơng khí một chiều
HT: Nhiệt độ cao nhất

MXATD: Chênh lệch nhiệt độ trung bình3

Z—¬ “—¬ Z“———¬ £AN aNKết luận

Luong khơng khí phân lớp ngược có thể cải thiện đáng kề tính nhất quán của

nhiệt độ, hạ thâp nhiệt độ cao nhat và chênh lệch nhiệt độ tôi đa của bộ pin

Nhiệt độ trung bình tơi đa của luồng khơng khí phân lớp ngược giảm
Cải thiện luồng khơng khí phân lớp ngược bằng cách thêm lưới chỉnh lưu ở lối

vào đề giảm sự dao động nhiệt độ ở lỗi vào của pin
Các tham số như khoảng cách giữa các ơ và tốc độ khí vào được tơi ưu hóa

Chênh lệch nhiệt độ trung bình tơi đa ban đầu tăng và giảm sau đó khi khoảng

cách tang, chênh lệch nhiệt độ trung bình tơi đa giảm khi tốc độ tang