IMPROVING THE COOLING PERFORMANCE OF CYLINDRICAL LITHIUM-ION BATTERY USING PASSIVE METHODS IN A BATTERY THERMAL MANAGEMENT SYSTEM. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (MS Thesis) eprint_Bandar_Thesis.pdf - Submitted Version Restricted to Repository staff only until 4 January 2026. Download (3MB)

Arabic Abstract

تزايد الطلب على بطاريات الليثيوم أيون المتقدمة في أنظمة الطاقة المتجددة والمركبات الكهربائية يبرز أهمية الإدارة الحرارية الفعّالة لضمان السلامة وطول العمر والكفاءة. يهدف هذا البحث إلى تطوير نظام إدارة حرارية مبتكر للبطاريات الأسطوانية من نوع 26650، يدمج بين مادة التغير الطوري وهياكل الزعانف لتحسين تبديد الحرارة والحفاظ على درجات حرارة تشغيل مثلى. تم تصميم تجارب لاختبار الأداء الحراري لتكوينات مختلفة من نظام الإدارة الحرارية. وتم إجراء محاكاة عددية باستخدام برنامج أنسيس فلونت لنمذجة السلوك الحراري، وتم التحقق من صحة النموذج بمقارنته مع النتائج التجريبية والمنشورة مسبقًا لضمان الموثوقية. قامت الدراسة بتقييم منهجي لتأثير تغيير عدد الزعانف (4، 8، 12، و16) وسمكها (1، 2، و3 ملم) على قدرة تبديد الحرارة. وتبين أن استخدام 8 زعانف هو التكوين الأفضل، حيث يوازن بين التكلفة والوزن ويعتبر عمليًا للتطبيقات الواقعية، مع تحسين بنسبة 26.8% مقارنة بـ 4 زعانف. وعلى الرغم من أن زيادة سمك الزعانف حسّنت أداء النظام الحراري، إلا أن التحسين كان طفيفًا وغير كافٍ للنظر فيه عمليًا. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت التكوينات التي تحتوي على عدد زعانف أكبر (12 و16) أداءً أقل بسبب انخفاض حجم مادة التغير الطوري. تم اقتراح تصميم مبتكر لزعانف بشكل حرف S، وأظهر تحسنًا بنسبة 12.7% في وقت عمل البطارية. كما تم التعرف على أنظمة نقل حراري مختلفة خلال عملية انصهار مادة التغير الطوري، مما وفر رؤى لتحسين الأداء الحراري. تسهم هذه النتائج في .تعزيز أنظمة الطاقة منخفضة الكربون والنقل المستدام من خلال دعم تطوير حلول إدارة حرارية مدمجة وفعالة من حيث التكلفة وعالية الأداء لتقنيات البطاريات المستقبلية

English Abstract

The growing demand for advanced lithium-ion batteries (LIBs) in renewable energy systems and electric vehicles underscores the importance of effective thermal management to ensure safety, longevity, and efficiency. This research aims to develop a novel passive Battery Thermal Management System (BTMS) for cylindrical 26650-type LIBs, integrating Phase Change Material (PCM) and fin structures to enhance heat dissipation and maintain optimal operating temperatures. Experiments were first designed to test the thermal performance of different BTMS configurations. Numerical simulations were performed using ANSYS Fluent to model the thermal behavior, and the model was validated against experimental and previously published results for reliability. The study systematically evaluated the effects of varying fin numbers (4, 8, 12, and 16) and thicknesses (1, 2, and 3 mm) on heat dissipation capability. It was found that 8 fins provided the best configuration, balancing cost and weight, and is practical for real applications, with a working improvement of 86.52% compared to no fins. While increased fin thickness slightly improved BTMS performance. Additionally, configurations with higher fin numbers (12 and 16) showed reduced performance due to decreased PCM volume. A novel S-shape fin design was proposed, demonstrating a 12.7% improvement in battery working time. Numerous heat transfer regimes were recognized throughout the phase change material melting progression. These findings contribute to advancements in low-carbon energy systems and sustainable transportation by supporting the development of compact, cost-effective, and high-performance thermal management solutions for next-generation battery technologies.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Engineering Mechanical
Department:	College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Committee Advisor:	Arshad, Hafiz
Committee Members:	Ali, Usman and Sathyamurthy, Ravishankar
Depositing User:	BANDAR AL OSAIMI (g202209280)
Date Deposited:	05 Jan 2025 10:30
Last Modified:	05 Jan 2025 10:30
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143226