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.
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.
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.
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.
An energy storage system consisting of a battery and a power-to-methanol (PtM) unit was investigated to develop an energy storage system for renewable energy systems. A nonlinear programming model was established to optimize the energy storage system. The optimal installation capacities of the battery and power-to-methanol units were determined to minimize the cost of the energy system. The cost from a renewable energy system was assessed for four configurations, with or without energy storage units, of the battery and the power-to-methanol unit. The proposed model was applied to the modified electricity supply and demand based on published data. The results show that value-adding units, such as PtM, need be included to build a stable renewable energy system. This work will significantly contribute to the advancement of electricity supply and demand management and to the establishment of a nationwide policy for renewable energy storage.
Because high power with large size cell is used for the battery pack of hybrid electric vehicles and electric vehicles (HEV and EV), average temperature in a battery cell is the important criteria of the thermal management of the battery pack. Furthermore, fast charging technology is required to reduce battery charging time. Since battery pack performance and lifespan are deteriorated due to the heat of cells and electronic components caused by fast charging, an effective cooling system is required to reduce performance deterioration. In this study, a cooling system and module design applied to a pouch-type for fast charging battery cell are investigated, and the cooling performance that can maximize the efficiency of the battery was analyzed. The result shows that the vapor chamber cooling system has better cooling performance, the temperature drop in the module was 5.82 ℃ compared with aluminum cooling plates.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.23
no.2
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pp.153-160
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2015
Hybrid Electric Vehicles(HEVs) have seriously come into prevalence recently as car manufacturers and consumers have become more aware of the environmental and economic problems of conventional vehicles. For the alternative power-train and battery cooling systems in HEVs, an effective thermal management system is required, and many automakers are interested in using Brushless DC(BLDC) motors for cooling fans for the overall traction unit's performance and energy saving capability. This paper presents the development status of BLDC motors as major parts of the power-train, i.e. the engine cooling and battery cooling fans of HEVs. A design that uses BLDC motors for the power-train and each battery cooling fan, is successfully implemented through using electro-magnetic analysis, and prototype BLDC motors are examined. As experimental results, the BLDC motors achieved an efficiency of 85% as engine cooling fans and 72% as a battery thermal management fan motor. The electric cogging noise is significantly reduced by changing the skew of the slot pitch angle and optimizing the magnetic shape.
Challenges the automotive industry as the increase in consumption of oil and energy, $CO_2$ emissions of global warming, caused by exhaust emissions and urban air pollution, it is time for a deal is needed. The solution of these highly regarded in the market as there is a demand of electric cars. In this study, electric car motor, battery and high-voltage core components, including the drive motor of the effective thermal management technologies, thermal management of the battery and the drive motor to evaluate the technology and development trends.
Electric vehicle performance is very dependent on traction batteries. For developing the electric vehicles with high performance and good reliability, the traction batteries have to be managed to get maximum performance under various operating conditions. The enhancement of the battery performance can be accomplished by implementing battery management system (BMS) that plays important roles of optimizing the control mechanism of charge and discharge of the batteries as well as monitoring battery status. In this study the battery management system has been developed for maximizing the use of Ni/MH batteries in electric vehicle. This system provides several tasks: the control of charging and discharging, overcharge and over-discharge protection, the calculation and display of state of charge, safety and thermal management. The BMS was installed in and tested using the DEV5-5 electric vehicle developed by Daewoo Motor Co. and Institute for Advanced Engineering in Korea. The 18 modules of Panasonic Ni/MH battery, 12 V-95 Ah, were used in the DEV5-5. The high accuracy within the range of $3\%$ and the good reliability were shown in the test results. The BMS can also improve the performance and cycle life of Ni/MH battery pack as well as the reliability and safety of the electric vehicles (EV).
Battery heat management is essential for high power and high energy battery system because it affects its performance, longevity, and safety. In this paper, we investigated the temperature of the 18650 Lithium Ion Battery Module used in a Energy Storage System (ESS) and the cooling method to minimize cell-to-cell temperature variation of battery module. For uniform temperature distribution within a battery module, the flow direction of the coolant in a battery module has been changed according to the time interval, and studied the effect of the cooling method on the temperature uniformity in a battery module which includes a number of battery cells. The experimental results show that bi-directional battery cooling method can effectively reduce the cell-to-cell temperature variation compared with the one-directional battery cooling. Furthermore, it is also found that bi-directional battery cooling can reduce the maximum temperature in a battery module.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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