THERMOELECTRIC COOLING MODULE FOR VEHICLE BATTERRY COOLINGWITH NANOFLUIDS

Abstract

This research is a study on the heat transfer and fluid flow behavior of an electric vehicle battery with a thermoelectric cooling module using nanofluids as coolant and based on the computational fluid dynamic approach and experimentation. The parametric study conducted the heat transfer and flow characteristics on the hot side, mainly focused on the heat sink with different channel configuration, mass flow rate, power input in thermoelectric, water and TiO2-nanofluid as coolants, and a TiO2-nanofluid concentrations of 0.05% and 0.015%. The computational fluid dynamic approach provides the proper heat sink of the 6 heat sinks model. The computational fluid dynamic approach and the experimentation indicated that heat sink model 6 showed the greatest heat transfer compared to other models. The results revealed that TiO2-nanofluids as a coolant was better than the 13-15% water in terms of thermal performance. In addition, TiO2-nanofluids concentration 0.015% volume had a higher thermal performance than 0.005% volume and water, respectively. Meanwhile, the differential pressure across the heat sink to which TiO2-nanofluids as coolant also increased. With the increased flow rate, both cooling capacity and thermal performance of the thermoelectric cooling module increased and resulted in a low coolant temperature. Besides, the increase in the input voltage of 8V to 12V can enhance both cooling capacity and also the heat transfer of the hot side, while the COP is diminished.

งานวิจัยนี้ได้ศึกษาถึงคุณลักษณะการถ่ายเทความร้อนของโมดูลทำความเย็นด้วยเทอร์โมอิเล็กตริกสำหรับระบายความร้อนให้กับแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าโดยใช้ของไหลนาโนไทเทเนียมไดออกไซด์เป็นของไหลหล่อเย็นด้วยระเบียบวิธีพลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณและการทดลอง ตัวแปรที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนที่ศึกษาได้แก่ ความแตกต่างของช่องการไหลของชุดครีบระบายความร้อน อัตราการไหลของของไหลหล่อเย็น ผลต่างของแรงดันไฟฟ้าที่ป้อนให้กับเทอร์โมอิเล็กตริก และของไหลหล่อเย็นใช้น้ำและของไหลนาโนไทเทเนียมไดออกไซด์ที่อัตราส่วน 0.005% และ 0.015% โดยปริมาตร การศึกษาด้วยระเบียบวิธีพลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณจะออกแบบและทำนายชุดครีบระบายความร้อนที่ออกแบบทั้ง 6 แบบเพื่อหาชุดครีบระบายความร้อนที่มีคุณลักษณะการถ่ายเทความร้อนและการไหลที่เหมาะสมสำหรับนำมาผลิตน้ำหล่อเย็นเพื่อระบายความร้อนให้กับโมดูลแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้า จากการศึกษาด้วยระเบียบวิธีพลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณและการทดลองพบว่าชุดครีบระบายความร้อนแบบที่ 6 ให้ประสิทธิภาพเชิงความร้อนสูงสุด จากผลการทดลองพบว่าของไหลนาโนมีอัตราการถ่ายเทความร้อนสูงกว่าน้ำ 13 - 23% โดยอัตราส่วนที่เพิ่มขึ้นส่งผลให้มีประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนเพิ่มสูงขึ้น แต่อย่างไรก็ตามแรงดันตกคร่อมมีค่าเพิ่มขึ้นเมื่อใช้ของไหลนาโน การเพิ่มอัตราการไหลที่ด้านเย็นและด้านร้อนพบว่าอัตราการถ่ายเทความร้อนเพิ่มสูงขึ้นส่งผลให้อุณหภูมิของน้ำหล่อเย็นลดลง เมื่อพิจารณาแรงดันไฟฟ้าที่ป้อนให้กับโมดูลเทอร์โมอิเล็กตริกโดยเพิ่มแรงดันไฟฟ้าจาก 8 โวลต์ จนถึง 12 โวลต์ พบว่าที่แรงดันไฟฟ้า 12 โวลต์ มีค่าการถ่ายเทความร้อนสูงที่สุดสามารถผลิตน้ำหล่อเย็นได้ต่ำสุด แต่อย่างไรก็ตามค่าสัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพมีค่าลดลง