Novel characterization of thermal properties of a battery has been introduced by defining its frequency-dependent thermal impedance function. Thermal impedance function can be approximated as a thermal impedance spectrum by analyzing experimental temperature transient which is related to the thermal impedance function through Laplace transformation. In order to obtain temperature transient, a process has been devised to generate external heat pulse with heating wire and to measure the response of battery. This process is used to study several commercial Li-ion batteries of cylindrical type. The thermal impedance measurements have been performed using potentionstat/galvanostate controlled digital signal processor, which is more commonly available than flow-meter usually applied for thermal property measurements. Thermal impedance spectra obtained for batteries produced by different manufactures are found to differ considerably. Comparison of spectra at different states of charge indicates independence of thermal impedance on charging state of battery. It is shown that thermal impedance spectrum can be used to obtain simultaneously thermal capacity and thermal conductivity of battery by non-linear complex least-square fit of the spectrum to thermal impedance model. Obtained data is used to simulate a response of the battery to internal heating during discharge. It is found that temperature inside the battery is by one-third larger that on its surface. This observation has to be considered to prevent damage by overheating.
In this paper, the superposition principle of a heat sink temperature rise is verified based on the mathematical model of a plate-fin heat sink with two mounted heat sources. According to this, the distributed coupling thermal impedance matrix for a heat sink with multiple devices is present, and the equations for calculating the device transient junction temperatures are given. Then methods to extract the heat sink thermal impedance matrix and to measure the Epoxy Molding Compound (EMC) surface temperature of the power Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor (MOSFET) instead of the junction temperature or device case temperature are proposed. The new thermal impedance model for the power converters in Switched Reluctance Motor (SRM) drivers is implemented in MATLAB/Simulink. The obtained simulation results are validated with experimental results. Compared with the Finite Element Method (FEM) thermal model and the traditional thermal impedance model, the proposed thermal model can provide a high simulation speed with a high accuracy. Finally, the temperature rise distributions of a power converter with two control strategies, the maximum junction temperature rise, the transient temperature rise characteristics, and the thermal coupling effect are discussed.
With a specially designed electrochemical cell, the changes in impedance behavior for Inconel 600 and aluminide diffusion coatings under molten sulfate film with thermal cycles (from $800^{\circ}C$ to $350^{\circ}C$) were monitored with electrochemical impedance measurements. It was found that corrosion resistance for both materials increased with lower temperatures. At the same time, the state of molten salt was also monitored successfully by measuring the changes in impedance at high frequency, which generally represents the resistance of molten salt itself. After two thermal cycles, both Inconel 600 and aluminide diffusion coatings showed excellent corrosion resistance. The results from SEM observation and EDS analysis correlated well with the results obtained by electrochemical impedance measurements. It is concluded that electrochemical impedance is very useful for monitoring the corrosion resistance of materials under molten salt film conditions even with thermal cycles.
To investigate the compact effect of the different area of an active layer and the different type of heatsink on the junction to ambient transient thermal impedance, we have characterized the thermal behavior of power MOSFETs that have three different areas of an active layer and two types of heatsink. To do so, the "cooling curve method" has been used in order to measure the junction-to-ambient transient thermal impedance Zthja that represents the thermal behavior of the devices. The measured data depiets that the larger area of an active layer gives the better-in other words. smaller-thermal impedance, and that the larger size of a heatsink improves the thermal impedance.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.14
no.4
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pp.740-746
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2011
Thermally activated batteries have good stability, reliability and long shelf life. Due to these characteristics and operational mechanism, thermal batteries are usually applied to military power sources. Especially, Li/$FeS_2$ thermal batteries, which are used mostly in these days, use LiCl-KCl and LiBr-LiCl-LiF as electrolytes. The electrochemistry of thermal batteries have been researched for long time, however, electrochemical study using impedance spectroscopy was not published so much. Through this research, microscopic electrochemical research was investigated with electrochemical impedance spectroscopy(E.I.S). Electrolyte effects on Li/$FeS_2$ thermal battery was researched changing electrolytes, LiCl-KCl and LiBr-LiCl-LiF. Additionally, the salts, which are added to electrolytes, effects on thermal battery were researched. It is expected that the impedance spectroscopy analysis is applicable to not only thermal battery electrochemical study effectively, but also, thermal battery developments.
In this paper, in order to get the characteristics of the lithium secondary cell, such as charge and discharge characteristic, temperature characteristic, self-discharge characteristic and the capacity recovery rate etc, we build a thermal model that estimate the impedance of battery by experiment & simulation. In this one-dimensional model, Seven governing equations are made to solve seven variables c, $c_s,\;\Phi_1,\;\Phi_2,\;i_2$, j and T. The thermal model parameters used in this model have been adjusted according to the experimental data measured in the laboratory. The result(Voc, Impedance) of this research can be used in BMS(Battery Management System), so an efficient method of using battery is developed.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.30
no.9
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pp.943-950
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2013
This paper describes the thermal contact resistance and its effect on the performance of thermal interface material. An ASTM D 5470 based apparatus is used to measure the thermal interface resistance. Bulk thermal conductivity of different interface material is measured and compared with manufacturers' data. Also, the effect of grease void in the contact surface is investigated using the same apparatus. The flat type thermal interface tester is proposed and compared with conventional one to consider the effect of lateral heat flow. The results show that bulk thermal conductivity alone is not the basis to select the interface material because high bulk thermal conductivity interface material can have high thermal contact resistance, and that the center voiding affects the thermal interface resistance seriously. On the aspect of heat flow direction, thermal impedance of the lateral heat flow shows higher than that of the longitudinal heat flow by sixteen percent.
The durability and reliability of thermal barrier coatings (TBCs) play an important role in the service reliability, availability and maintainability (RAM) of hotsection components in advanced turbine engines for aero and utility applications. Photostimulated luminescence spectroscopy (PSLS) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) are being concurrently developed as complimentary nondestructive evaluation (NDE) techniques for quality control and liferemain assessment of TBCs. This paper overviews the governing principles and applications of the luminescence and the impedance examined in the light of residual stress, phase constituents and resistance (or capacitance) in TBC constituents including the thermally grown oxide (TGO) scale. Results from NDE by PSLS and EIS are discussed and related to the microstructural development during high temperature thermal cycling, examined by using a variety of microscopic techniques including focused ion beam (FIB) insitu liftout (INLO), transmission and scanning transmission electron microscopy (TEM and STEM).
The thermal behavior of power modules is an important criterion for the design of cooling systems and optimum thermal structure of these modules. An important consideration for high power and high frequency design is the spacing between semiconductor devices, substrate structure and influence of the boundary condition in the case. This study focuses on the thermal behavior of hybrid power modules to establish a simplified method that allows temperature estimation in different module components without decapsulation. This study resulted in a correction of the junction temperature values estimated from the transient thermal impedance of each component operating alone. The corrections depend on mutual thermal coupling between different chips of the hybrid structure. A new experimental technique for thermal mutual evaluation is presented. Notably, the classic analysis of thermal phenomena in these structures, which was independent of dissipated power magnitude and boundary conditions in the case, is incorrect.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.20
no.5
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pp.443-449
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2007
The structural and thermal stability of $Li[Co_{0.1}Ni_{0.15}Li_{0.2}Mn_{0.55}]O_2$ electrode during cycling process was studied. The sample was prepared by simple combustion method. Although there were irreversible changes on the initial cycle, O3 stacking for $Li[Co_{0.1}Ni_{0.15}Li_{0.2}Mn_{0.55}]O_2$ structure was retained during the first and subsequent cycling process. Impedance of the test cell was decreased after the first charge-discharge process, which would be of benefit to intercalation and deintercalation of lithium ion on subsequent cycling. As expected, cycling test for 75 times increased impedance of the cell a little, instead, thermal stability of $Li[Co_{0.1}Ni_{0.15}Li_{0.2}Mn_{0.55}]O_2$ was improved. Moreover, based on DSC analysis, the initial exothermic peak was shifted to high temperature range and the amount of heat was also decreased after cycling test, which displayed that thermal stability was not deteriorated during cycling.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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