Optimización del modelo electro-térmico 1D/3D para módulo de capacitores de litio-ion refrigerados por líquido en aplicaciones de alta potencia
Autores: Karimi, Danial; Behi, Hamidreza; Akbarzadeh, Mohsen; Khaleghi, Sahar; Van Mierlo, Joeri; Berecibar, Maitane
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Optimización del modelo electro-térmico 1D/3D para módulo de capacitores de litio-ion refrigerados por líquido en aplicaciones de alta potencia
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Tecnología de capacitores de iones de litio
LiC
Densidad de potencia
Capacitores de doble capa eléctrica
EDLCs
Sistema de gestión térmica
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 17
Citaciones: Sin citaciones
La tecnología de capacitores de ion de litio (LiC) es bien conocida por su mayor densidad de potencia en comparación con los capacitores de doble capa eléctrica (EDLC) y su mayor densidad de energía en comparación con las baterías de ion de litio (LiBs). Sin embargo, la tecnología LiC se ve afectada por un alto problema de generación de calor en aplicaciones de alta potencia cuando se carga/descarga continuamente con altas tasas de corriente. Tal problema está asociado con cuestiones de seguridad y fiabilidad que afectan la vida útil de la celda. Por lo tanto, para aplicaciones de alta potencia, es esencial un sistema de gestión térmica (TMS) robusto para controlar la evolución de la temperatura de los LiCs y garantizar un funcionamiento seguro. En este sentido, desarrollar modelos eléctricos y térmicos precisos es vital para diseñar un TMS adecuado. Este trabajo presenta un modelo electro-térmico detallado 1D/3D a nivel de módulo empleando MATLAB/SIMULINK acoplado al paquete de software COMSOL Multiphysics. Se examinan los efectos de la tasa de flujo del refrigerante de entrada, la temperatura del refrigerante de entrada, las posiciones de entrada y salida, y el número de arcos bajo el perfil de ciclo de una tasa de corriente continua de 150 A sin un período de descanso durante 1400 s. Los resultados demuestran que el escenario óptimo para el LCTMS sería una tasa de flujo del refrigerante de entrada de 500 mL/min, una temperatura de entrada de 30 grados C, tres entradas, tres salidas y tres arcos en el camino del refrigerante. Este escenario disminuye la temperatura máxima (T) del módulo y la diferencia de temperatura en un 11.5% y un 79.1%, respectivamente. Además, el modelo electro-térmico muestra errores de +/-5% y +/-4% para los modelos eléctricos y térmicos, respectivamente.
Descripción
La tecnología de capacitores de ion de litio (LiC) es bien conocida por su mayor densidad de potencia en comparación con los capacitores de doble capa eléctrica (EDLC) y su mayor densidad de energía en comparación con las baterías de ion de litio (LiBs). Sin embargo, la tecnología LiC se ve afectada por un alto problema de generación de calor en aplicaciones de alta potencia cuando se carga/descarga continuamente con altas tasas de corriente. Tal problema está asociado con cuestiones de seguridad y fiabilidad que afectan la vida útil de la celda. Por lo tanto, para aplicaciones de alta potencia, es esencial un sistema de gestión térmica (TMS) robusto para controlar la evolución de la temperatura de los LiCs y garantizar un funcionamiento seguro. En este sentido, desarrollar modelos eléctricos y térmicos precisos es vital para diseñar un TMS adecuado. Este trabajo presenta un modelo electro-térmico detallado 1D/3D a nivel de módulo empleando MATLAB/SIMULINK acoplado al paquete de software COMSOL Multiphysics. Se examinan los efectos de la tasa de flujo del refrigerante de entrada, la temperatura del refrigerante de entrada, las posiciones de entrada y salida, y el número de arcos bajo el perfil de ciclo de una tasa de corriente continua de 150 A sin un período de descanso durante 1400 s. Los resultados demuestran que el escenario óptimo para el LCTMS sería una tasa de flujo del refrigerante de entrada de 500 mL/min, una temperatura de entrada de 30 grados C, tres entradas, tres salidas y tres arcos en el camino del refrigerante. Este escenario disminuye la temperatura máxima (T) del módulo y la diferencia de temperatura en un 11.5% y un 79.1%, respectivamente. Además, el modelo electro-térmico muestra errores de +/-5% y +/-4% para los modelos eléctricos y térmicos, respectivamente.