The Journal of the Convergence on Culture Technology
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v.9
no.5
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pp.569-582
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2023
Lead-acid Battery is the oldest rechargeable battery system and has maintained its position in the rechargeable battery field. The battery causes thermal runaway for various reasons, which can lead to major accidents. Therefore, preventing thermal runaway is a key part of the battery management system. Recently, research is underway to categorize thermal runaway battery cells into machine learning. In this paper, we present a thermal runaway hazard cell detection and verification algorithm using DBSCAN and statistical method. An experiment was conducted to classify thermal runaway hazard cells using only the resistance values as measured by the Battery Management System (BMS). The results demonstrated the efficacy of the proposed algorithms in accurately classifying thermal runaway cells. Furthermore, the proposed algorithm was able to classify thermal runaway cells between thermal runaway hazard cells and cells containing noise. Additionally, the thermal runaway hazard cells were early detected through the optimization of DBSCAN parameters using a grid search approach.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.23
no.6
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pp.408-414
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2018
Given that lithium-ion batteries are expected to be used as power sources for electric and hybrid vehicles, thermodynamics experimentation and prediction based on experimental data were performed. Thermal, electrochemical, and electrochemical/electrical-thermal models were used for accurate battery modeling. Various applications of different battery packs were demonstrated, and thermal analysis was performed using the same experimental conditions for square and rectangular battery packs. Accurate thermal analysis for a single cell should be prioritized to determine the thermal behavior of the battery pack. The energy balance equation, which contains heat generation and heat transfer factors, defines the thermal behavior of the battery pack. By comparing battery packs of different shapes tested under the same condition, this study revealed that the rectangular battery pack is superior to the square battery pack in terms of the maximum temperature of inner cells and temperature variation between cells.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.66
no.12
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pp.1889-1894
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2017
Global automobile manufacturers are developing electric vehicles (EVs) to eliminate the pollutant emissions from internal combustion vehicles and to minimize fossil fuel consumptions for the future generations. However, EVs have a disadvantage of shorter traveling distance than that of conventional vehicles. To answer this shortfall, more batteries are installed in the EV to satisfy the consumer expectation for the driving range. However, as the energy capacity of the battery mounted in the EV increases, the amount of heat generated by each cell also increases. Naturally, a better battery thermal management system (BTMS) is required to control the temperature of the cells efficiently because the appropriate thermal environment of the cells greatly affects the power output from the battery pack. Typically, the BTMS is divided into an active and a passive system depending on the energy usage of the thermal management system. Heat exchange materials usually include gas and liquid, semiconductor devices and phase change material (PCM). In this study, an application of PCM for a BTMS was investigated to maintain an optimal battery operating temperature range by utilizing characteristics of a PCM, which can accumulate large amounts of latent heat. The system was modeled using Dymola from Dassault Systems, a multi-physics simulation tool. In order to compare the relative performance, the BTMS with the PCM and without the PCM were modeled and the same battery charge/discharge scenarios were simulated. Number of analysis were conducted to compare the battery cooling performance between the model with the aluminum case and PCM and the model with the aluminum case only.
The performance and cost of electric vehicles (EVs) are much influenced by the performance and service life of the Li-ion battery system. In particular, the cell performance and reliability of Li-ion battery packs are highly dependent on their operating temperature. Therefore, a novel battery thermal management is crucial for Li-ion batteries owing to heat dissipation effects on their performance. Among various types of battery thermal management systems (BTMS'), the phase change material (PCM) based BTMS is considered to be a promising cooling system in terms of guaranteeing the performance and reliability of Li-ion batteries. This work is mainly concerned with the basic research on PCM based BTMS. In this paper, a basic experimental study on PCM based battery cooling system was performed. The main purpose of the present study is to present a comparison of two PCM-based cooling systems (n-Eicosane and n-Docosane) of the unit 18650 battery module. To this end, the simplified PCM-based Li-ion battery module with two 18650 batteries was designed and fabricated. The thermal behavior (such as temperature rise of the battery pack) with various discharge rates (c-rate) was mainly investigated and compared for two types of battery systems employing PCM-based cooling. It is considered that the results obtained from this study provide good fundamental data on screening the appropriate PCMs for future research on PCM based BTMS for EV applications.
Seung Hyun Park;Min Gi Chu;Dong Kee Sohn;Han Seo Ko
Journal of the Korean Society of Visualization
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v.22
no.2
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pp.104-114
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2024
To effectively control heat generation resulting from advancements in fast discharging technology for electric vehicle batteries, hybrid Battery Thermal Management Systems (BTMS) are gaining attention. In this study, a BTMS combining Phase Change Material (PCM) with Oscillating Heat Pipe (OHP) was designed. During the phase change process of the PCM, the maximum battery temperature increased slowly. Additionally, due to the excellent heat transfer capability of the OHP, the PCM/OHP BTMS delayed the time when the maximum battery temperature exceeded 50 ℃ by 810 s compared to the PCM/copper fin BTMS, resulting in the maximum battery temperature that was 41.29 ℃ lower at 3600 s. Furthermore, in the section where the latent heat of the PCM had the greatest impact, the slope of the battery temperature difference was 0.0017 lower than that of the PCM/copper fin BTMS. Therefore, the PCM/OHP BTMS demonstrates its potential as a viable hybrid BTMS.
Jeonggyun Ham;Nayoung You;Myeongjae Shin;Honghyun Cho
Journal of the Korean Society for Geothermal and Hydrothermal Energy
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v.20
no.2
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pp.1-10
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2024
The introduction of the sector coupling concept has expanded the scope of ESS utilization, resulting in the importance of thermal management of ESS. To ensure the safe use of the lithium-ion batteries that are used in ESS, it is important to use the batteries at the optimal temperature. To examine the utilization of liquid cooling in ESS, numerical study was conducted on the thermal characteristics of 21700 battery modules (16S2P array) during liquid cooling using Novec-649 as insulating fluid. The NTGK model, an MSMD model in ANSYS fluent, was used to investigate thermal characteristics on the battery modules with liquid immersion cooling. The results show that the final temperature of the battery module discharged at 5 C-rate is 68.9℃ using natural convection and 48.3℃ using liquid cooling. However, the temperature difference among cells in the battery module was up to 0.5℃ when using natural convection cooling and 5.8℃ when using liquid cooling, respectively, indicating that the temperature difference among cells was significantly increased when liquid cooling was used. As the mass flow rate increased from 0.01 kg/s to 0.05 kg/s, the average temperature of the battery module decreased from 48.3℃ to 38.4℃, confirming that increasing the mass flow rate of the insulating fluid improves the performance of liquid immersion cooling. Although partial liquid immersion cooling has a high cooling performance compared to natural convection cooling, the temperature difference between modules was up to 8.9℃, indicating that the thermal stress of the battery cells increased.
Along with global environmental issues, the size of the electric vehicle market has recently skyrocketed. Various efforts have been made to extend mileage, one of the biggest problems of the electric vehicles, and development of batteries with high energy densities has led to exponential growth in mileage and performance. However, proper thermal management is essential because these high-performance batteries are affected by continuous heat generation and can cause fires due to thermal runaway phenomena. Therefore, thermal management of the battery is studied through the optimal design of the guide vanes, while utilizing the existing battery casing to ensure the safety of the electric vehicles. A battery from T-company, one of a manufacturer of the electric vehicles, was used for the research, and the commercial CFD software, ANSYS CFX V20.2, was used for analysis. The guide vanes were derived through optimal design based on a genetic algorithm with flow analysis. The optimized guide vanes show improved heat removal performance.
Journal of the Korean Society for Geothermal and Hydrothermal Energy
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v.16
no.2
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pp.7-12
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2020
The battery of an electric vehicle is a key part of the energy supply to operate the vehicles. There are many factors affecting battery life such as charging method, discharge rate, and ambient temperature those are requires systematic monitoring and management. To solve the issues like environmental problems and fuel consumption reduction the battery needs more performance improvement. In this study, it was analyzed the thermal characteristics and securing battery stability for electric vehicle battery cooling system. The simulation test was operated using GT-suite software with several conditions like cooling capacity 1, 2 and 4 kW, cooling flow rate 5, 10, 20 and 30 LPM, and battery initial temperatures 40, 35, and 30℃ at the temperature of ambient 25℃. The results shown that the case of cooling flow rate at 20 LPM was most efficient among all above conditions.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.15
no.5
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pp.2545-2552
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2014
This study is aiming to suggest the effective thermal management system design technologies for the high voltage and capacity battery system of the electricity driven vehicles and introduce the theoretical designing methods. In order to investigate the effective operation of the battery system for the electricity driven vehicles, the heat generation model for Li-ion battery system using the chemical reaction while charging and discharging was suggested and the thermal loads of the heat sources (air or liquid) for cooling and heating were calculated using energy balance. Especially, the design methods for the cooling and heating of the battery system for maintaining the optimum operation temperature were investigated under heating, cooling and generated heat (during charging and discharging) conditions. The battery thermal management system for the effective battery operation of the electricity driven vehicles was suggested reasonably depending on the variation of the season and operation conditions. In addition, at the same conditions under summer season, the cooling method using the liquid and active cooling technique showed a relatively high capacity, while cooling method using the passive cooling technique showed a relatively low capacity.
Thermal behavior of high capacity Nickel/Metal hybride battery in analyzed using the NISA software which is based on the three dimensional finite element method. Differential energy balance equation is used for the conduction heat transfer of the battery, while convective heat transfer equation is used for the interface between the battery and air. Heat generation rate and convective heat transfer coefficient are tested as variables to investigate thermal behavior, and the generalized equation for maximum temperature inside the battery is developed. The abrupt rise of the battery temperature due to the quick charge or discharge can be prevented from the use of metallic cooling fin. In addition, temperature augmentation of the battery is negligible when the low thermal conductive and thin insulating material is used outside of the battery case.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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