Thermal management system for lithium-ion batteries
2022 (English)Independent thesis Basic level (degree of Bachelor), 10 credits / 15 HE credits
Student thesis
Abstract [sv]
Då världen nu håller på att ställas om från fordon med förbränningsmotorer till elektriska motorer, sätts nya krav på teknologin som används. Batterierna som används utsätts för påfrestningar som inte tidigare funnits, vilket medför nya problem som kräver nya lösningar. Ett av dessa problem är värmen som genereras från batterierna vid användning, och därmed måste lösningar kommas på för hur batterierna kan kylas på det effektivaste sättet.
Via en litteraturstudie har i denna rapport 5 olika kylsystem analyserats för att finna deras fördelar och nackdelar. De olika systemen var vätskekylning, luftkylning, fasändringsmaterial, värmerör och ångkompression. Hur systemen funkar, vad som krävs för att de ska funka och vad de medför i form av kylning är några av de aspekter som fokuserats på. Efter dessa analyser gjordes en djupdykning i ett av systemen, nämligen vätskekylning. Djupdykningen bestod av att undersöka tre specifika aspekter med vätskekylning, som var utformningen av kanalernas väg genom kylplattor, kanalernas form (kvadratiska eller cirkulära tvärsnitt), samt hur kylplattorna placeras.
Framkommit var att alla undersökta system hjälpte att kyla batterier, jämfört med att inte ha något system för kylning alls. Luftkylning, vätskekylning, värmerör och ångkompression hade alla fördelen att de förflyttade värmen från batteriet till omgivningen, medan fasändringsmaterialet enbart absorberade det och därmed hade en begränsad kylning. Vätskekylning, värmerör och ångkompression använder en vätska för att fånga upp värmen vid batterierna, vilket har en betydligt högre värmekapacitet och värmeöverföringsförmåga än gaser i ångkompressionssystem. Då värmerör inte är ett aktivt system, riskerar den att få ett uttorkningsfenomen, vilket vätskekylnings- och ångkompressorsystemen inte har. Slutligen är ett kylsystem med ångkompressor mer komplicerat och tekniskt krävande vid utveckling och implementering än vätskekylning. Bland annat på grund av detta är vätskekylning det mest använda systemet i dagens elektriska fordon, även om det finns många aspekter i dess utformning som måste tas hänsyn till.
Abstract [en]
Since the world is changing from vehicles with combustion engines to electric motors, new requirements are put on the technology being used. The batteries being used are put through never-before-experienced strains, which therefore results in new problems that require new solutions. One of these problems is the heat generated from the batteries during usage, which therefore requires the invention of solutions to cool the batteries off in the most effective way possible.
Through a literature review, this report has analyzed 5 different cooling systems to find their advantages and disadvantages. The different systems were liquid cooling, air cooling, phase change material, heat pipe and vapor compression. How the system works, what it requires to work and what the system contributes with in the form of cooling were some of the aspects mainly focused on. After the analyses were made, an in-depth review was made for one of the systems, namely liquid cooling. The in-depth review consisted of three specific aspects of liquid cooling which were the design/path of the channels through the cold plate, the shape of the channels (square or circular cross section), and how the cold plates were placed.
From this, it was found that all systems did help to cool batteries, compared to not having any system for cooling at all. Air cooling, liquid cooling, heat pipe and vapor compression had all the advantage of transporting the heat from the battery to the surrounding, while the phase change material purely absorbed it and thereby had a limited amount of cooling. Liquid cooling, heat pipe and vapor compression uses a liquid to absorb the heat at the batteries, which has a much higher heat capacity and heat transfer rate than gasses in a vapor compression system. Since the heat pipe is not an active system, there is a risk for the dry-out phenomenon to occur, which liquid cooling- and vapor compression systems do not get. Lastly, a cooling system with vapor compression is more complicated and technically demanding during its development and implementation than liquid cooling. Among others, these are the reasons why liquid cooling is currently the most used system in electric vehicles, even though it has a lot of aspects that must be considered when being developed.
Place, publisher, year, edition, pages
2022. , p. 57
Series
TRITA-ITM-EX ; 2022:185
National Category
Engineering and Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-317319OAI: oai:DiVA.org:kth-317319DiVA, id: diva2:1694377
Supervisors
Examiners
2022-09-092022-09-092022-09-09Bibliographically approved