Numerical investigation of a vapor chamber-assisted liquid cooling system for cylindrical battery thermal management

计算机冷却 材料科学 水冷 热的 电池(电) 电子设备和系统的热管理 核工程 机械 热力学 机械工程 工程类 物理 功率(物理)
作者
Chen Xu,Xinyue Han,Ping-hung Lai
出处
期刊:Journal of electrochemical energy conversion and storage [ASM International]
卷期号:: 1-42
标识
DOI:10.1115/1.4067955
摘要

Abstract An efficient battery thermal management system (BTMS) is critical for ensuring performance and lifespan of the battery module. To enhance the module thermal performance, a new liquid cooling system integrating with vapor chambers for cylindrical battery module is proposed in this paper. Systematically numerical studies are carried out to compare performance of three BTMSs: liquid cooling (LC), liquid cooling with vapor chamber (LC-VC), and liquid cooling with two-end vapor chambers (LC-2VCs). Results highlight that integrating VC reduces the maximum temperature of the battery module (Tmax) and shows preferable temperature distribution. It is detected that LC-VC displays excellent temperature uniformity performance along coolant flow path with the maximum temperature difference (ΔTmax) of 6.65 K at 3C discharge rate compared to the LC case with ΔTmax of 9.18 K. However, it still suffers from a noticeable temperature gradient from the top to the bottom thermal transfer paths. In contrast, LC-2VCs further enhances the temperature uniformity with ΔTmax of 4.72 K and controls Tmax of 306.89 K. Then, effects of the battery axial thermal conductivity, VC effective thermal conductivity, fin height, inlet velocity on cooling performance of LC-VC and LC-2VCs are examined. Finally, the cooling performance under optimal conditions is compared to initial conditions. The results show that Tmax and ΔTmax for LC-2VCs are controlled at 305.58 K and 3.51 K under 3C discharge rate, reducing by 1.31 K and 1.21 K, respectively, compared to initial conditions.
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