Includes a title page in Arabic

Thesis (M.Sc.) Master Egypt - Japan University of Science and Technology (E-JUST) - School of Energy Resources , Environmental , Chemical , and Petrochemical Engineering - Energy Resources Engineering (ERE) Department 2024

Includes bibliographical references

The core purpose of the study is to explore innovative thermal management system for Lithium-ion batteries to reduce energy consumption and solve the safety concerns in electric powered vehicles, which are significant contributors to global energy usage and environmental concerns The thesis delves into various battery thermal management system (BTMs) designs A thorough examination was conducted on various BTM designs incorporating firstly an experimental study of a passive cooling system was conducted for a lithium-ion battery wherein the cooling performance of four distinct phase change materials (PCM): PARA-Block, RT 54 HC, RT 44 HC and RT 35 HC were tested in a cyclic test. To achieve the cell's optimum operating temperature and shape stabilized material, various weight percentages of expanded graphite (EG) 3%, 6%, 12% and 15% were added to obtain composite phase change material (CPCM) In addition, a theoretical model of active air cooling, enclosing a 36 cylindrical battery pack with Aluminum casing was examined The impact of alterations to air inlet/outlet configuration, spacing between batteries, discharge rate, staggered vs inline array, air inlet velocity, air inlet temperature, inclusion of copper fins, as well as utilization of a cylindrical copper enclosure and attached copper fins were explored A pivotal finding of the experimental study reveals that changing the type of PCM highly affect the maximum temperature, while PCM RT 35 HC with 12% of EG demonstrate enhanced cooling performance and energy efficiency compared to standard system with natural convection cooling Key findings of the simulated model are the superior performance of cylindrical copper enclosure and attached copper fins designs In temperature reduction, increasing the space between batteries and the air flow velocity demonstrated remarkable improvements These designs are noted to provide the most efficient cooling characteristics, and thus assist in extending the lifespan and reliability of the battery pack For instance, PARA-Block, RT 54 HC, RT 44 HC, RT 35 HC and 12% EG with PCM RT 35 HC showed a decrease in the cell's maximum temperature to 59.6 °C, 57.6 °C, 50.9 °C, 51.9 °C, 34.4 °C respectively, compared to 76.4°C with natural convection cooling For the experimental study, utilization of a cylindrical copper enclosure and attached copper fins represented a novel design while at 0.1ms and 35°C air inlet temperature can maintain the maximum temperature within the battery pack of 41.8 °C at 4C discharge rate

تتناول الرسالة القضية الحرجة للتخزين الطاقة، حيث يتم التركيز على إمكانية دمج البطاريات الليثيوم أيون كنظام تخزين فعال للطاقة في المركبات الكهربائية الهدف الأساسي للدراسة هو استكشاف نظام إدارة حرارة مبتكر للبطاريات الليثيوم أيون لتقليل استهلاك الطاقة وحل مشاكل السلامة في المركبات الكهربائية التي تشكل مساهمين كبار في استهلاك الطاقة العالمية والمخاوف البيئية تركز الرسالة على دراسة تصاميم مختلفة لنظام إدارة حرارة البطاريات الليثيوم أيون وقد تم إجراء دراسة شاملة على تصاميم مختلفة لإدارة حرارة البطاريات وشملت دراسة تجريبية لنظام التبريد السلبي للبطارية باستخدام اربعة مواد متغيرة من المواد الجافية المتحولة RT 44 HC RT 54 HC ،PARA-Block و RT 35 HC، حيث تم اختبار أداء تبريد هذه المواد في اختبار دورة التبريد وتم إضافة نسب مختلفة من الجرافيت الممدد ) ( ۱ ، ۱۲ و ١٥%) للوصول إلى مادة تغيير شكل متينة لتحقيق درجة حرارة التشغيل المثلى للخلية وثانيا تم إجراء دراسة نظرية لنظام تبريد الهواء النشط الذي يحتوي على ٣٦ حزمة بطارية أسطوانية مغطاة بغلاف الومنيوم، وتم استكشاف تأثير التحولات على تكوين المداخل المخارج الهوائية، والفراغ بين البطاريات، وسرعة التفريغ، والترتيب العشوائي مقابل الترتيب المستقيم، وسرعة مدخل الهواء، ودرجة حرارة مدخل الهواء، وشمل استخدام المبردات من النحاس تم استخدام تصاميم مبتكرة بما في ذلك غلاف النحاس الأسطواني والمبردات المرفقة بالنحاس، وجاءت النتائج البارزة في هذه الدراسة من تحسين الأداء في تقليل درجة الحرارة وذلك بزيادة الفراغ بين البطاريات وزيادة سرعة تدفق الهواء، والتصاميم المقترحة قدمت خصائص تبريديه فعالة، وبالتالي تساعد في تمديد عمر الخدمة والموثوقية للحزمة البطارية أظهرت الدراسة على سبيل المثال، أن استخدام 56-PCM-54 PCM و 44-PCM و 35-PCM و ۱۲ EG مع 35-PC قد أدى إلى انخفاض في درجة حرارة الخلية القصوى إلى ٢٠٥٩,٦ و ۲۰۰۷,٦ و ۲۰۰۰,۹ و C۰۱,۹ و ٣٤,٤ ٢٥ على التوالي، مقارنة بـ C٠٧٦,٤ مع التبريد بالتوصيل الحراري الطبيعي وأما بالنسبة للدراسة التجريبية، فإن استخدام الغلاف الأسطواني من النحاس والمبردات الملحقة من النحاس يمثل تصمينا جديدا، حيث إنه يمكن الحفاظ على درجة الحرارة القصوى داخل حزمة البطارية عند ٤١,٧٦٣ عند معدل تفريغ 4C وعند سرعة إدخال الهواءاث ودرجة حرارة ٣٥ درجة مئوية

Issued also as a digital file (for more information please check our Digital Repository)

AnD ACM