Battery Coolant Manifold Optimization

Sammanfattning: För att nå de klimatmål som EU och 195 andra länder satt upp i Parisavtalet, är det nödvändigt att minska koldioxidutsläppen. Större fokus på elfordon med nollutsläpp och transporter behövs för att minska behovet av fossila bränslen som bensin och diesel. På grund av litium-jon batteriers egenskaper rekommenderas de för fordonsindustrin. För att uppnå bästa möjliga effekt, livslängd och säkerhet av litium-jon batterier är det nödvändigt att ha ett bra kylsystem för att hålla batteriet inom den rekommenderade temperaturen. Det är av högst betydelse att alla battericeller får så jämn kylning som möjligt eftersom BMS (Battery Management System) styrs av den största och minsta temperaturen i ett batteri-pack. Det är därför viktigt att, om det finns flera batteri-stackar att de inte påverkas av bland annat flödesavikelser i uppsamlingsrören mellan stackarna som i sin tur påverkar kylningen. Det är också betydelsefullt att ha så lågt tryckfall i uppsamlingsrören eftersom det kräver en högre pumpeffekt för systemet. I denna rapport genomfördes en simulering och analys för att kunna presentera en optimal designen på uppsamlingsrören för kylvätskan som ansluter 10 stycken staplar, där varje stapel innehåller 8 batterimoduler som är kopplade parallellt. Staplarna emellan varandra är däremot kopplade på olika sätt (parallellt, seriellt eller en blandning mellan parallellt och seriellt), sättet de kopplas på ska vara utan att dess BTMS (battery thermal management system) påverkas negativt. Denna studie kommer analysera ett optimalt sätt att koppla samman 10 stackar i perspektiv av tryckfall, flödesavvikelse, komplexitet, utrymmeseffektivitet, temperaturlikformighet och UX-design (user experiance). Då diametern beror på volymflödet samt hastigheten i röret undersöktes korrelationen mellan dessa. Genom att fastställa en övre och undre gräns för hastigheten i röret kunde en diameter mellan 12-28 mm räknas ut för volymflöde mellan 8 och 40 l/min. Modellen och simuleringen gjordes i Amesim simulation software. Simuleringen analyserade tryckfall och flödesavvikelse för olika arrangemang med 10 staplar av batterimoduler samt med en diameter på uppsamlingsröret för kylvätskan som var antingen 12-, 14-, 16 mm. Resultatet visade på att det inte är en större skillnad på tryckfall och flödesavvikelse för de olika dimensionerna på uppsamlingsrören. Däremot visade det sig att tryckfall och flödesavvikelse för de olika arrangemangen skiljde sig åt. För att bestämma den mest optimala designen på uppsamlingsröret för kylvätskan vägdes även andra viktiga aspekter in så som UX design, utrymmeseffektivitet, temperaturens enlighet längs stackarna och hur komplext systemet är. 3-D modeller för de olika arrangemangen och design på uppsamlingsröret för kylvätskan gjordes sedan i NX CAD för att få en visuell bild av de olika arrangemangen och geometrin hos uppsamlingsröret för kylvätskan. Resultatet av simulationerna i Amesim samt från 3-D modellerna i NX CAD för de olika arrangemangen jämfördes sedan i en beslutsmatris med viktning. Beslutsmatrisen resulterade i att det arrangemang som var parallellkopplat med högst användarvänlighet var det mest optimala.