الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.
قیمت
قیمت این مقاله: 38000 تومان
(ایران ترجمه - Irantarjomeh)
توضیح
بخش زیادی از این مقاله بصورت رایگان ذیلا قابل مطالعه می باشد.
شماره
۱۰۷
کد مقاله
IND107
مترجم
گروه مترجمین ایران ترجمه – irantarjomeh
نام فارسی
کتاب راهنمای طراحی باتری لیتیوم – یون شیمی، اجزا، انواع و اصطلاحات – فصل ۱۰: مدیریت حرارتی
نام انگلیسی
The Handbook of Lithium-Ion Battery Pack Design – Chemistry, Components, Types and Terminology-Chapter10: Thermal Management
تعداد صفحه به فارسی
۳۸
تعداد صفحه به انگلیسی
۲۲
کلمات کلیدی به فارسی
باتری لیتیوم – یون
کلمات کلیدی به انگلیسی
Lithium-Ion Battery
مرجع به فارسی
جان وارنر، الزویر
مرجع به انگلیسی
John Warner; XALT Energy, Midland, MI, USA; Elsevier
کشور
ایالات متحده
کتاب راهنمای طراحی باتری لیتیوم – یون
شیمی، اجزا، انواع و اصطلاحات
فصل ۱۰٫ مدیریت حرارتی
در این فصل، حالت های مختلف خنک نمودن یک پک / کلاس باتری خاص، و در صورت لزوم، گرم نمودن آن برای حفظ سل ها / سلول ها در دمای عملیاتی بهینه، مورد بررسی قرار خواهند گرفت. زمانی که در مورد دماهای سل لیتیوم یون صحبت می کنیم، مهم ترین چیزی که باید به یاد داشته باشیم قابلیت حفظ دمای سلول های لیتیوم در یک دامنه دمایی مطلوب برای راحتی انسان یعنی حدود ۲۳ درجه سانتیگراد (۷۳ درجه فارنهایت) است.
مدیریت حرارتی یک باتری را می توان در ساده ترین فرم مرتب با آن بعنوان فرآیند یکپارچه سازی ابزاره های تبادل حرارتی، در یک قالب خاص در سیستم باتری برای حفظ دمای سل ها / سلول های باتری در نزدیکی دمای ثابت، در نظر داشت. روش های بالقوه متعددی وجود دارند که می توان از آنها برای دست یابی به این ویژگی استفاده نمود، اما معمولا این مورد شامل جابجایی گرما از طریق برخی رسانه های مشخص بسمت خارج از سل ها و خارج از پک یا کلاس خاص می باشد. پیچیدگی سیستم مدیریت حرارتی عمدتا به سه عامل وابسته است. اول عامل سیکل کاری است که کلاس خاص بر مبنای آن عمل می کند. در صورتی که این مولفه به عنوان یک برنامه کاربردی توان بالا بکار گرفته شود، سلول باتری گرمای بیشتری را در مقایسه با حالتی تولید می کند که از آن به عنوان یک اپلیکیشن انرژی استفاده گردد. فاکتور دوم منطقه یا مکان مورد استفاده است. در صورتی که از این کلاس در منطقه ای از جهان استفاده شود که عمدتا دارای دمای پیرامونی بسیار بالایی است، بدان معناست که باتری ها سیکل خود را در یک دمای بالا شروع می کنند. در نهایت، عامل سوم خود سل / سلول است. پارامترهای شیمی یا مواد شیمیایی مختلف تحت بار بالا و عملکرد حرارتی کارکرد متفاوتی دارند. بنابراین، در نظر گرفتن تمامی این عوامل به هنگام شروع طراحی سیستم مدیریت حرارتی باتری مهم تلقی می شود.
سیستم مدیریت حرارتی باید قادر به حفظ تفاوت دما در حدود ۲-۳ درجه سانتیگراد از خنک ترین سلول تا گرم ترین سلول باشد. در بدترین شرایط،معمولا برای بسته های بزرگتر تفاوت می تواند ۶ تا ۸ درجه سانتیگراد باشد. دلیل این که چرا این تفاوت مهم است این می باشد که یک شیب حرارتی زیاد بین سل ها سبب فرسوده شدن سل ها با شدت های مختلف می شود. بنابراین سل های گرم تر سریع تر از سل های خنک تر فرسوده می شوند و اگر یک شیب حرارتی بزرگ وجود داشته باشد، بدان معناست که طول عمر تقویمی باتری به صورت نابهنگام کاهش خواهد یافت.
سه نوع مختلف انتقال وجود دارد که لازم است در طراحی باتری در نظر گرفته شود: رسانش، همرفت و تشعشع. رسانش به یک انتقال مستقیم انرژی گرمایی از دو جسم اشاره می کند که در تماس مستقیم می باشد. همرفت زمانی روی می دهد که گرما از طریق یک رسانه مایع به یک دستگاه فروبرنده گرما هدایت شده باشد. انتقال گرمای تابشی به انرژی گرمایی اشاره می کند که از طریق ذرات بارگذاری شده حرارتی الکترومغناطیسی ماده تولید شده است و بطور کلی از راه هوا از یک منبع به منبع دیگر می تابد. تمامی سه روش انتقال گرما باید در طراحی سیستم باتری در نظر گرفته شوند،اما رسانش و همرفت بیشترین تأثیر را روی طراحی سیستم حرارتی خواهند گذاشت.
برای مثال،چون سل های دشارژ شده گرما را تولید می کنند،این گرما از طریق فرایند رسانش به باس های بار یا شینه ها و هر عنصر دیگری که تماس مستقیم با سل ها دارند انتقال خواهد یافت. گرمایش و خنک سازی همرفتی معمولا از طریق استفاده از یک صفحه خنک سازی مایع در نظر گرفته شده اند. با این حال،جابجایی هوای خنک شده نیز می تواند خنک سازی همرفتی را فراهم کند. این جابجایی در جایی است که خنک سازی در سیستم باتری روی می دهد. در نهایت، گرمایش تابشی باید در چند منطقه مهم در نظر گرفته شود. اول،گرمای تابشی از سل به عناصر دیگر که تماس مستقیم با سل ها ندارند می تواند بر سل های مجاور تأثیر بگذارد. دوم، گرمایی که از طریق عناصری نظیر قطعات الکترونیک تولید شود در صورتی بر سل ها اثر می گذارد که بطور مناسب مدیریت نشده باشد.
منابع تولید گرما در داخل یک سیستم باتری از واکنش شیمیایی در درون سلول ایجاد شده است(منطقه اصلی تولیدگرما) چون یون های لیتیوم در طی عملیات تعادل بخشی سل ها، قطعات الکترونیک در پک باتری و سیستم مدیریت حرارتی به عقب و جلو حرکت می کنند. نظر به این که سل های لیتیوم یون منبع اصلی تولید گرما در درون یک پک هستند، تأثیر قطعات الکترونیکی را نباید نادیده گرفت چون می تواند منبع مهم تولید گرما باشد که باید در طراحی سیستم مدیریت حرارتی شما استفاده شود.اگر محافظت مناسب و جایگذاری این قطعات الکترونیک در نظر گرفته نشده باشد، گرمای تولید شده توسط این قطعات ممکن است تأثیر منفی روی طول عمر سل ها بگذارند.
مدیریت حرارتی ۱۰ کتاب راهنمای طراحی باتری لیتیوم یون شیمی
چرایی سرمایش
همان طور که در بالا ذکر شد، برای به حداکثر رساندن پتانسیل سل های لیتیوم یون، لازم در اکثریت سیکل کاربردی خود در دمای ۲۳-۲۵ نگه داشته شوند. با این حال،در زمان عملیات، سل ها یک واکنش گرمازا را تجربه می کنند و تولید گرما را بخاطر میزان واکنش شیمیایی در سل و افزایش مربوط به مقاومت سل شروع می کنند. این واکنش در ترکیب با دماهای بالای محیط (بیرونی) به این معناست که طراحی باتری باید قادر به خنک کردن باتری ها و حفظ آنها در دامنه عملیاتی بهینه باشد تا عملکرد و طول عمر سیستم کامل باتری تضمین شود.
علاوه براین میزان دشارژ بالا افزایش دمای گرمازا را در سل ها در پی دارد. و زمانی که این دشارژها بطور مکرر روی می دهند، به این معناست که سل ها زمانی را برای خنک کردن مابین این پالس ها ندارند، که مجددا سبب افزایش دما می شود. علاوه بر این، زمان کمتری برای واکنش سیستم مدیریت حرارتی و کاهش دمای سلول ها وجود دارد. با در نظر گرفتن این فرایند به عنوان یک تأثیر مرحله ای گام به گام زمانی که به شتاب دهنده خود ضربه می زنید، یک دشارژ سریع باتری روی می دهد؛ با رویدادهای شتاب و توقف مکرر سیستم مدیریت حرارتی باتری زمانی برای خنک کردن باتری از آخرین دشارز ندارد که سبب می شود دمای باتری بتدریج اما بطور پیوسته افزایش یابد. یک مثال از این نوع خودروی برقی هیبرید است که بطور مداوم دشارژ می شود و سپس باتری بطور منظم در طی یک سیکل رانندگی شارژ می شود. در این نوع سیکل استفاده ،باتری ممکن است زمانی برای خنک کردن سل ها قبل از شروع سیکل شارژ-دشارژ دیگر نداشته باشد. این حالت سبب افزایش کند و پیوسته در دمای درون پک می شود. عدم استفاده از پک برای یک دوره طولانی بطور کلی به سیستم اجازه می دهد تا دمای آنرا به دامنه عملیاتی نرمال برگرداند. شکل ۳ یک مثال از این نوع افزایش دما را نشان می دهد. با وجود این که عکس داده های عملکرد واقعی نیست، با نوع تولید گرما که می توان در این زمینه کاربردی مشاهده کرد هم خوانی دارد.
مدیریت حرارتی ۱۰ کتاب راهنمای طراحی باتری لیتیوم یون شیمی
چرایی گرمایش
در طرف دیگر طیف گرمایش باتری است. به عنوان یک قاعده کلی،طراحان سیستم باتری نمی خواهند یک باتری بجز در دماهای محیطی خیلی کم گرم شود و حتی نباید سریع گرم شود.
در یک سیستم خنک شده با مایع، یک پمپ حرارتی می تواند به سیستم کلی برای ارائه مایع گرم شده از طریق حلقه خنک کننده اضافه شود، که به آرامی باتری ها را گرم می کند. روش های دیگر نیز نظیر استفاده از یک هیتر لایه نازک نیز ممکن است بکار گرفته شوند. در این مثال، در واقع هیتر ممکن است برای گرم کردن استفاده شود، اما بجای آن میزان خنک کردن را کند می کند اگر خودرو طی یک هفته کار نکند سل های آنها پس از چند روز تنها تا دمای ۲۵ درجه سانتیگراد کاهش می یابند. این بدان معناست که سیستم عملکرد کامل دارد، با این حال،با اتلاف با انرژی مواجه است چون هیتر لایه نازک لازم توسط توسط باتری راه اندازی شود. با این حال، این مورد تنها یک مسئله جزیی است و یک اتلاف ظرفیت موقتی محسوب می شود.
مدیریت حرارتی ۱۰ کتاب راهنمای طراحی باتری لیتیوم یون شیمی
سیستم های مدیریت حرارتی فعال
مدیریت حرارتی فعال شامل استفاده از برخی رسانه ها نظیر هوا، مایع یا سردکن است که از طریق پک و روی سل ها برای کاهش دما اعمال شده است. دو روش معمول خنک کردن هوا با استفاده از هوای سرد است که در کل پک و روی سل ها و قطعات الکترونیک برای کاهش دمای سل ها و خنک ازی مایع انجام شده است. این فرایند بطور کلی به ترکیب یک فن،مجرا و صفحات انتقال گرما در برخی رده ها نیاز دارد. مزایایی وجود دارند که می توانند در پاسخگویی به تغییرات در دما نسبتاَ کارآمد باشند و وزن کمتری را نسبت به سیستم خنک سازی شده با مایع دارند. مزیت دیگر این است که هوای خنک شده مستقیما در کل سل ها جریان می یابد. معایب آن این است که هوا یک رسانه کارآمد همانند مایع نیست. و بسته به طراحی جریان هوا، می تواند سبب شروع جریان هوای خنک تر از سل ها در انتهای جریان هوا شود چون با شروع جریان هوا در سل های اولیه، برداشت گرما شروع می شود بنبراین در طی زمان با عبور هوا در سل های قبلی گرم تر از زمانی می شود که در ورود اولیه به پک بود. این خنک سازی نابرابر می تواند سبب فرسودگی سل ها با شدت های مختلف شود و در نتیجه طول عمر پک را کاهش می دهد (شکل۵).
مدیریت حرارتی ۱۰ کتاب راهنمای طراحی باتری لیتیوم یون شیمی
سیستم های مدیریت حرارتی غیرفعال
مدیریت حرارتی غیر فعال / پاسیو فرایند مدیریت دمای سل ها و پک بدون اعمال هوا، مایع یا رسانه خنک کننده دیگر در داخل پک انجام می شود. این فرایند را می توان از طریق چندین روش اجرا کرد. عمدتا این کار از طریق بکارگیری محفظه های آلومینیومی یا فلزی انتقال دهنده گرما سل ها به محفظه پک فلزی یا آلومینیومی انجام شده است. مدیریت حرارتی گرما را در کل فلز پک پراکنده کرده و امکان تابش گرما به محیط را فراهم می سازد. این فرایند بطور کلی به عنوان انطباق حرارتی ذکر شده و روی پک های دارای میزان دشارژ کم بیشترین کارآیی را دارد چون این پک ها گرمای کمتری را تولید می کنند. روش دیگر خنک سازی پاسیو / غیرفعال طراحی محفظه پک با پره ها است که همانند خودرو در حال حرکت است، و هوا روی این پره ها جریان یافته و در نتیجه پک خنک می شود.
مدیریت حرارتی ۱۰ کتاب راهنمای طراحی باتری لیتیوم یون شیمی
دما- حفاظت و عایق بندی
جنبه دیگر سیستم مدیریت حرارتی شما ترکیب حفاظت های گرمایی در زمینه های راهبردی برای انعکاس گرمای خارج از عناصر داخلی و بیرونی است. بسته به طرح ESS، محل نصب و مقدار تولید گرما، ممکن است به لحاظ کردن برخی ورقه های فولادی یا آلومینیومی برای حفاظت در بربر گرمایش تابشی و جهت یری خارج از سل های لیتیوم یون نیاز است. همچنین برخی حفاظ های گرمایی پیشرفته تر وجود دارند که از ایک طراحی ساندویچ استفاده می کنند که در آن دو بخش از ورقه فلزی توسط یک ماده عایق برای تفکیک گرما از عناصر خاص از سیستم جدا شده اند.
در برخی سیستم ها،محفظه باتری بخودی خود ممکن است در این حالت عمل کند و هیچ حفاظ اضافی ممکن است لازم نباشد. روش دیگری که غالبا برای حفظ گرما در درون یا بیرون محفظه باتری بکار می رود استفاده از عایق است. در این سیستم ها، عایق به دو دلیل استفاده شده است. در زمان تابستان و در محیط های داغ ،عایق ممکن است برای حفاظت از باتری در برابر دماهای محیطی بالا بکار رود. و در مناطق سرد،ممکن است برای جلوگیری از اتلاف حرارتی به محیط بیرونی بکار رود. اما حتی در این سیستم ها،ممکن است حفاظت قطعات الکترونیک از باتری ها لازم باشد.
مدیریت حرارتی ۱۰ کتاب راهنمای طراحی باتری لیتیوم یون شیمی
ترموکوپل ها و اندازه گیری
اندازه گیری حرارتی یکی از چالش برانگیزترین مسائل در طراحی سیستم حرارتی و مدیریت آن است. دقیق ترین مکان برای اندازه گیری دمای یک سل لیتیوم یون در واقع در درون سل است. با این حال، سخت ترین مکان برای نصب یک حسگر دما می باشد مگر این که در خود سل طراحی شده باشد. بنابراین، اندازه گیری های معمولی سل از سطح سل گرفته شده اند. زمانی که یک سل برای تست آماده سازی می شود، بسیاری از مهندسان حرارتی حسگرهای دما را در سه مکان سل نصب می کنند: نزدیک ترمینال ها، وسط سطح سل و دورترین سطح خارج از ترمینال ها. این آماده سازی معمولا تنها در طی مشخص کردن سل انجام می شود با این حال هزینه نصب این ترموستات ها در یک پک بزرگ بسیار سنگین است.
مدیریت حرارتی ۱۰ کتاب راهنمای طراحی باتری لیتیوم یون شیمی
دستورالعمل های طراحی و بهترین شیوه ها
* سل های لیتیون یون در دماهایی که دمای آسایش انسان ها محسوب می شود نگه داری می شوند یعنی حدود ۲۳ درجه سانتیگراد.
* مدیریت حرارتی یک باتری ترکیب برخی فرم های دستگاه تبادل حرارتی در سیستم باتری برای حفظ ثبات دمای سل های باتری است.
* سیستم مدیریت حرارتی به سه عامل وابسته است: سیکل وظیفه که پک تحت آن عمل می کند، منطقه ای که در آن استفاده خواهد شد و خود سل.
* سه نوع مختلف انتقال گرمایی لازم است در نظر گرفته شوند : رسانش، همرفت و تابش.
* مدریت حرارتی فعال شامل استفاده از برخی رسانه ها نظیر هوا، مایع یا سرد کن است که از طریق پک اعمال شده و روی سل ها پیاده می شود تا دما کاهش یابد.
* مدیریت حرارتی پاسیو فرایند مدیریت دمای سل ها و پک بدون اعمال هوا، مایع یا دیگر رسانه های خنک کننده روی پک است.
لطفا به جای کپی مقالات با خرید آنها به قیمتی بسیار متناسب مشخص شده ما را در ارانه هر چه بیشتر مقالات و مضامین ترجمه شده علمی و بهبود محتویات سایت ایران ترجمه یاری دهید.
