THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
1. Thông tin chung
- Tên đề tài: Nghiên cứu giải pháp quản lý hiệu suất nhiệt cho pin ô tô điện sử dụng hệ thống làm mát kiểu hỗn hợp.
- Mã số: B2024-TNA-16
- Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS. Lê Văn Quỳnh
- Tổ chức chủ trì: Đại học Thái Nguyên
- Thời gian thực hiện: 01/2024 - 06/2026
2. Mục tiêu
- Đánh giá đặc tính sinh nhiệt, truyền nhiệt và mức độ ổn định nhiệt của pin ô tô điện sử dụng hệ thống làm mát kiểu hỗn hợp, tập trung vào các chỉ tiêu: nhiệt độ lớn nhất, chênh lệch nhiệt độ giữa các cell và tổn thất áp suất của dòng làm mát.
- Xây dựng mô hình tính toán, mô phỏng và tối ưu cấu trúc làm mát cho mô-đun pin lithium-ion theo ba hàm mục tiêu: giảm nhiệt độ lớn nhất Tmax, giảm chênh lệch nhiệt độ ΔT và giảm tổn thất áp suất Δp, làm cơ sở đề xuất giải pháp quản lý nhiệt hiệu quả cho pin ô tô điện
3. Tính mới và sáng tạo
- Nghiên cứu tiếp cận quản lý nhiệt pin ô tô điện theo hướng kết hợp giữa mạch làm mát hỗn hợp và kênh làm mát trực tiếp tại mô-đun pin, nhằm kiểm soát đồng thời nhiệt độ pin, độ đồng đều nhiệt giữa các cell và tổn thất áp suất của dòng làm mát.
- Nghiên cứu ứng dụng mô phỏng CFD kết hợp mô hình GPR và thuật toán NSGA-II để lựa chọn thông số kênh làm mát phù hợp, qua đó giảm khối lượng tính toán và nâng cao hiệu quả thiết kế hệ thống làm mát pin lithium-ion
4. Kết quả nghiên cứu
Nghiên cứu đã xây dựng được mô hình mô phỏng nhiệt cho mô-đun pin lithium-ion gồm 40 cell hình trụ 18650 LiFePO₄ có tích hợp kênh làm mát dạng serpentine. Mô hình xét quá trình sinh nhiệt trong cell, dẫn nhiệt qua thân pin và thành kênh, trao đổi nhiệt giữa kênh làm mát với dòng chất lỏng. Các đại lượng được sử dụng để đánh giá gồm nhiệt độ lớn nhất của mô-đun pin, chênh lệch nhiệt độ giữa các cell và tổn thất áp suất của dòng làm mát.
Kết quả kiểm chứng mô hình cho thấy nhiệt độ lớn nhất tính được là 301,706 K, gần với giá trị tham chiếu 301,73 K. Chênh lệch nhiệt độ lớn nhất đạt 3,556 K, so với giá trị tham chiếu 3,74 K. Sai lệch tương đối của nhiệt độ lớn nhất là 0,008% và sai lệch của chênh lệch nhiệt độ là 4,9%. Kết quả này cho thấy mô hình có thể sử dụng để khảo sát ảnh hưởng của các thông số kết cấu và vận hành đến khả năng làm mát pin.
Đối với bài toán tối ưu hình học kênh làm mát, đề tài đã khảo sát các thông số gồm chiều dày kênh, chiều dày thành kênh và góc tiếp xúc giữa kênh làm mát với cell pin. Kết quả phân tích cho thấy chiều dày thành kênh là thông số ảnh hưởng rõ nhất đến nhiệt độ lớn nhất và chênh lệch nhiệt độ trong mô-đun. Cấu hình sau tối ưu đạt tc = 2,95 mm, tw = 0,949 mm và θ = 60∘. Với cấu hình này, nhiệt độ lớn nhất giảm từ 307,639 K xuống 306,653 K; chênh lệch nhiệt độ giảm từ 8,752 K xuống 7,887 K, tương ứng mức cải thiện độ đồng đều nhiệt 9,88%.
Nghiên cứu cũng đã xây dựng khung tối ưu nhiệt - thủy lực cho hệ thống làm mát chất lỏng dạng serpentine. Các biến khảo sát gồm chiều dày thành kênh, vận tốc đầu vào và nhiệt độ đầu vào của môi chất làm mát. Ba hàm mục tiêu được xét đồng thời là nhiệt độ lớn nhất, chênh lệch nhiệt độ lớn nhất và tổn thất áp suất. Mô hình CFD được kết hợp với mô hình thay thế GPR và thuật toán NSGA-II để tìm phương án cân bằng giữa hiệu quả làm mát và tổn thất thủy lực.
Kết quả tối ưu cho thấy tổn thất áp suất giảm từ 539,0 Pa xuống 208,8 Pa, tương ứng giảm 61,26%. Trong khi đó, nhiệt độ lớn nhất chỉ tăng 0,21% và chênh lệch nhiệt độ lớn nhất tăng 1,00%. Khi kiểm chứng lại bằng CFD, sai lệch của các chỉ tiêu đều nhỏ, trong đó sai lệch lớn nhất nhỏ hơn 2,5%. Kết quả này cho thấy có thể giảm đáng kể tổn thất thủy lực mà không làm ảnh hưởng nhiều đến hiệu quả kiểm soát nhiệt của mô-đun pin.
Từ các kết quả trên, đề tài đã làm rõ được vai trò của cấu trúc kênh làm mát, vận tốc dòng chất lỏng và nhiệt độ đầu vào đối với hiệu quả quản lý nhiệt pin ô tô điện. Kết quả nghiên cứu là cơ sở để đề xuất hướng làm mát chất lỏng có hỗ trợ nguồn lạnh từ hệ thống điều hòa không khí thông qua chiller, đồng thời phục vụ thiết kế mô hình thí nghiệm và đào tạo về hệ thống quản lý nhiệt pin ô tô điện tại Nhà trường.
5. Sản phẩm
5.1.1. Bài báo quốc tế
1. Nguyen Minh Chau, Le Van Quynh, Nguyen Manh Quang, Nguyen Thi Hong Ngoc, Nguyen Thanh Cong, Nguyen Trong Hieu; Toward Safe and Reliable Batteries: Multi-Objective Optimization of a Serpentine Cooling Channel for Battery Thermal Management Using GPR and NSGA-II; Batteries, Volume 12, Issue 4, 2026, Article No. 138, ISSN 2313-0105. DOI: 10.3390/batteries12040138. SCIE, Q2.
2. Nguyen Minh Chau, Le Van Quynh, Duong Ngoc Khanh, Le Van Nghia, Nguyen Trung Kien, Ta Tuan Hung, Nguyen Thi Hong Ngoc, Nguyen Trong Hieu; A Surrogate-Assisted Multi-Objective Framework for Thermal-Hydraulic Optimization of Serpentine Liquid Cooling in Lithium-Ion Battery Modules; IEEE Access, 2026. DOI: 10.1109/ACCESS.2026.3693311. SCIE, Q2.
5.1.2. Bài báo trong nước
- Nguyễn Thành Công, Nguyễn Đình Tân, Lê Văn Quỳnh; “Mô phỏng số cho gói pin Lithium-ion sử dụng làm mát với hai loại cấu trúc tản nhiệt”; Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số 321, số đặc biệt Hội nghị Khoa học và Công nghệ Cơ khí - Động lực lần thứ XVII, tháng 11/2024, ISSN 2615-9910, ISSN online 2815-5505, trang 432-435.
- Nguyễn Thành Công, Lê Văn Quỳnh, Tân Đức Hoàng; “Investigation of the Effects of Channel Diameter and Contact Length of the Cooling Block on the Thermal Performance of Li-ion Battery Pack in Electric Vehicles”; Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số 334, số đặc biệt, tháng 10/2025, ISSN 2615-9910, ISSN online 2815-5505, trang 473-479.
5.1.3. Sách/giáo trình
Lê Văn Quỳnh chủ biên, Bùi Văn Cường, Nguyễn Minh Châu; Giáo trình CAD/CAE trong tính toán thiết kế và mô phỏng ô tô; Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 2024, 414 trang, khổ 16 × 24 cm, ISBN: 978-604-67-3031-6.
5.2. Sản phẩm đào tạo
Hỗ trợ đào tạo 03 học viên cao học thông qua 03 luận văn thạc sĩ theo hướng nghiên cứu của đề tài:
+ Nguyễn Thị Hồng Ngọc (2024): Nghiên cứu tính ổn định nhiệt cho pin Li-ion ô tô điện sử dụng hệ thống làm mát chất lỏng, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Đại học Thái Nguyên.
+ Dương Văn Hoàng (2025): Nghiên cứu nâng cao hiệu quả hệ thống làm mát pin ô tô điện sử dụng chất lỏng, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Đại học Thái Nguyên.
+ Dương Việt Tới (2025): Nghiên cứu ảnh hưởng của cấu trúc tản nhiệt cho gói pin ô tô điện sử dụng chất lỏng làm mát, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Đại học Thái Nguyên.
- Hỗ trợ đào tạo 02 nghiên cứu sinh thông qua 03 chuyên đề tiến sĩ đã được bảo vệ thành công:
+ NCS Nguyễn Thị Hồng Ngọc (2026): Chuyên đề 1 - Mô hình hóa và mô phỏng gói pin ô tô điện, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Đại học Thái Nguyên.
+ NCS Nguyễn Thành Công (2025): Chuyên đề 2 - Nghiên cứu hiệu quả nhiệt pin lithium-ion ô tô điện sử dụng làm mát bằng chất lỏng, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Đại học Thái Nguyên.
+ NCS Nguyễn Thành Công (2025): Chuyên đề 3 - Nghiên cứu nâng cao hiệu quả nhiệt pin lithium-ion ô tô điện sử dụng làm mát chất lỏng nano, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Đại học Thái Nguyên.
5.3. Sản phẩm ứng dụng
- Xây dựng 01 hệ thống thiết bị thí nghiệm đo kiểm hiệu suất nhiệt cho pin ô tô điện phục vụ đào tạo, thực hành và nghiên cứu khoa học.
- Hệ thống gồm cảm biến đo nhiệt độ dải đo 0–1350 °C, bộ xử lý và thu thập dữ liệu Keyence, mô hình pin xe điện quy mô lớn hơn 1/10 so với hệ thống thực, cùng bộ giả lập tải gồm điều hòa, động cơ điện, máy phát và các tải phụ trợ tương đương ô tô điện 5 chỗ.
- Sau khi hoàn thành, toàn bộ thiết bị và mô hình thí nghiệm đã được nghiệm thu, nhập tài sản và đưa vào khai thác tại Nhà trường.
6. Phương thức chuyển giao, địa chỉ ứng dụng, tác động và lợi ích mang lại của kết quả nghiên cứu:
6.1. Phương thức chuyển giao
Sau khi kết thúc đề tài, các kết quả nghiên cứu gồm mô hình tính toán, quy trình mô phỏng CFD, bộ dữ liệu tối ưu, tài liệu hướng dẫn và hệ thống thiết bị thí nghiệm đo kiểm hiệu suất nhiệt cho pin ô tô điện được bàn giao cho đơn vị chủ trì để phục vụ đào tạo, thực hành và nghiên cứu khoa học. Các kết quả có thể chuyển giao dưới dạng báo cáo kỹ thuật, quy trình mô phỏng, mô hình thí nghiệm, tài liệu giảng dạy và hướng dẫn vận hành thiết bị.
6.2. Địa chỉ ứng dụng
Khoa Kỹ thuật Ô tô và Năng lượng, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Đại học Thái Nguyên.
Các phòng thí nghiệm, bộ môn và nhóm nghiên cứu về ô tô điện, pin lithium-ion và hệ thống quản lý nhiệt.
Các cơ sở đào tạo, viện nghiên cứu và doanh nghiệp có nhu cầu nghiên cứu, mô phỏng, thiết kế sơ bộ hoặc đánh giá hệ thống làm mát pin ô tô điện.
6.3. Tác động và lợi ích mang lại
Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao năng lực đào tạo và nghiên cứu về ô tô điện tại Nhà trường, đặc biệt trong lĩnh vực quản lý nhiệt pin lithium-ion. Hệ thống thiết bị thí nghiệm được đưa vào khai thác giúp sinh viên, học viên cao học và nghiên cứu sinh tiếp cận trực tiếp với bài toán đo nhiệt, mô phỏng và đánh giá hiệu suất nhiệt của pin ô tô điện.
Về khoa học, nghiên cứu đã tạo ra các kết quả công bố có chất lượng, trong đó có 02 bài báo quốc tế SCIE/Q2, 02 bài báo trong nước và 01 giáo trình phục vụ đào tạo. Về thực tiễn, kết quả là cơ sở để phát triển hướng làm mát chất lỏng có hỗ trợ nguồn lạnh từ hệ thống điều hòa không khí thông qua chiller, phù hợp với xu hướng quản lý nhiệt tích hợp trên xe điện hiện đại.
INFORMATION ON RESEARCH RESULTS
1. General information
Project title: Research on thermal management solutions for electric vehicle Batteries using a hybrid cooling system
Code number: B2024-TNA-16
Coordinator: Assoc. Prof. Dr. Le Van Quynh
Implementing institution: Thai Nguyen University.
Duration: 01/2024 - 6/2026
2. Objective(s)
To evaluate the heat-generation characteristics, heat-transfer behavior, and thermal stability of electric-vehicle batteries using a hybrid cooling system, focusing on maximum temperature, cell-to-cell temperature difference, and coolant pressure loss.
To develop computational, simulation, and optimization models for the cooling structure of a lithium-ion battery module with three objectives: reducing the maximum temperature Tmax, reducing the temperature difference ΔT, and reducing the pressure loss Δp, thereby providing a basis for an effective battery thermal management (BTM) solution.
3. Creativeness and innovativeness
This research considers EV battery thermal management at two levels: the vehicle-level hybrid cooling loop and the battery-module cooling channel. This approach allows battery temperature, thermal uniformity among cells, and coolant pressure drop to be evaluated simultaneously.
This research combines CFD simulation with Gaussian Process Regression (GPR) and the NSGA-II algorithm to identify suitable cooling-channel parameters, reducing the computational workload while improving the design efficiency of lithium-ion battery cooling systems.
4. Research results
A CFD-based thermal model was developed for a 40-cell lithium-ion battery module using cylindrical 18650 LiFePO₄ cells and a serpentine liquid-cooling channel. The model considers heat generation inside the cells, heat conduction through the cell body and channel wall, and heat exchange between the cooling channel and the liquid coolant. The evaluation indicators include the maximum module temperature, the cell-to-cell temperature difference, and the coolant pressure loss.
Model validation showed that the calculated maximum temperature was 301.706 K, close to the reference value of 301.73 K. The maximum temperature difference was 3.556 K, compared with the reference value of 3.74 K. The relative error was 0.008% for maximum temperature and 4.9% for temperature difference. These results show that the model can be used to examine the effects of structural and operating parameters on battery cooling performance.
For the geometric optimization of the cooling channel, the study examined channel thickness, wall thickness, and the contact angle between the channel and the battery cells. The analysis showed that wall thickness had the clearest influence on both maximum temperature and temperature difference in the module. The optimized configuration was tc = 2.95 mm, tw = 0.949 mm, and θ = 60°. With this configuration, the maximum temperature decreased from 307.639 K to 306.653 K, while the temperature difference decreased from 8.752 K to 7.887 K, corresponding to a 9.88% improvement in temperature uniformity.
The project further develops a thermal–hydraulic optimization framework for a serpentine liquid-cooling system. Channel wall thickness, coolant inlet velocity, and coolant inlet temperature are considered as design variables, while maximum temperature, maximum temperature difference, and pressure loss are used as objective functions. CFD data are then combined with a GPR surrogate model and the NSGA-II algorithm to obtain a design that balances cooling performance and hydraulic loss.
The optimization results showed that the pressure loss decreased from 539.0 Pa to 208.8 Pa, equivalent to a 61.26% reduction. At the same time, the maximum temperature increased by only 0.21% and the maximum temperature difference increased by 1.00%. CFD re-evaluation showed small errors for all indicators, with the largest relative error below 2.5%. This indicates that pressure loss can be significantly reduced without noticeably weakening the thermal control of the battery module.
Overall, the results clarify the roles of cooling-channel geometry, coolant velocity, and coolant inlet temperature in EV battery thermal management. These findings provide a technical basis for developing a liquid-cooling system assisted by the vehicle air-conditioning system via a chiller, and for establishing experimental and training models for EV battery thermal management at the University.
5. Products:
5.1. Scientific products
5.1.1. International journal papers
[1]. Nguyen Minh Chau, Le Van Quynh, Nguyen Manh Quang, Nguyen Thi Hong Ngoc, Nguyen Thanh Cong, Nguyen Trong Hieu; “Toward Safe and Reliable Batteries: Multi-Objective Optimization of a Serpentine Cooling Channel for Battery Thermal Management Using GPR and NSGA-II”; Batteries, Volume 12, Issue 4, 2026, Article No. 138, ISSN 2313-0105. DOI: 10.3390/batteries12040138. SCIE, Q2.
[2]. Nguyen Minh Chau, Le Van Quynh, Duong Ngoc Khanh, Le Van Nghia, Nguyen Trung Kien, Ta Tuan Hung, Nguyen Thi Hong Ngoc, Nguyen Trong Hieu; “A Surrogate-Assisted Multi-Objective Framework for Thermal-Hydraulic Optimization of Serpentine Liquid Cooling in Lithium-Ion Battery Modules”; IEEE Access, 2026. DOI: 10.1109/ACCESS.2026.3693311. SCIE, Q2.
5.1.2. Domestic journal papers
[1]. Nguyen Thanh Cong, Nguyen Dinh Tan, Le Van Quynh; “Numerical simulation of a lithium-ion battery pack using two cooling-structure configurations”; Vietnam Mechanical Engineering Journal, No. 321, November 2024, ISSN 2615-9910, ISSN online 2815-5505, pp. 432-435.
[2]. Nguyen Thanh Cong, Le Van Quynh, Tan Duc Hoang; “Investigation of the Effects of Channel Diameter and Contact Length of the Cooling Block on the Thermal Performance of Li-ion Battery Pack in Electric Vehicles”; Vietnam Mechanical Engineering Journal, No. 334, special issue, October 2025, ISSN 2615-9910, ISSN online 2815-5505, pp. 473-479.
5.1.3. Book/textbook
Le Van Quynh (chief editor), Bui Van Cuong, Nguyen Minh Chau; CAD/CAE in Automotive Design Calculation and Simulation; Science and Technics Publishing House, Hanoi, 2024, 414 pages, 16 × 24 cm, ISBN: 978-604-67-3031-6.
5.2. Training products
The project supported the completion of three master’s theses and three PhD specialized reports related to battery thermal management:
- Nguyen Thi Hong Ngoc (2024): Thermal stability analysis of Li-ion batteries for electric vehicles using a liquid cooling system, University of Technology, Thai Nguyen University.
- Duong Van Hoang (2025): Improving the efficiency of the liquid cooling system for electric-vehicle batteries, University of Technology, Thai Nguyen University.
- Duong Viet Toi (2025): Influence of heat-dissipation structure on electric-vehicle battery packs using liquid coolant, University of Technology, Thai Nguyen University.
- The project also supported the training of two PhD students through three doctoral specialized reports that were successfully defended:
- PhD student Nguyen Thi Hong Ngoc (2026): Specialized Report 1 - Modeling and simulation of electric-vehicle battery packs, University of Technology, Thai Nguyen University.
- PhD student Nguyen Thanh Cong (2025): Specialized Report 2 - Thermal performance of lithium-ion batteries for electric vehicles using liquid cooling, University of Technology, Thai Nguyen University.
- PhD student Nguyen Thanh Cong (2025): Specialized Report 3 - Improving the thermal performance of lithium-ion batteries for electric vehicles using nanofluid-based cooling, University of Technology, Thai Nguyen University.
5.3. Applied products
One experimental system for evaluating the thermal performance of electric vehicle battery modules.
The system includes temperature sensors with a measurement range of 0-1350 °C, a Keyence data acquisition and processing unit, a scaled EV battery model larger than 1/10 of the real system, and a load simulator including air conditioning, an electric motor, a generator, and auxiliary loads equivalent to those of a five-seat electric vehicle.
After completion, all equipment and the experimental model were accepted, recorded as institutional assets, and put into use at the University
6. Transfer alternatives, application institutions, impacts and benefits of research results:
6.1. Transfer alternatives
After project completion, the research outputs, including computational models, CFD simulation procedures, optimization datasets, technical guidelines, and the experimental system for evaluating EV battery thermal performance, will be transferred to the implementing institution for training, laboratory practice, and scientific research. The outputs can be transferred in the form of technical reports, simulation procedures, experimental models, teaching materials, and equipment operation manuals.
6.2. Application institutions
- Faculty of Vehicle and Energy Engineering, University of Technology (TNUT), Thai Nguyen University (TNU).
- Laboratories, academic divisions, and research team working on electric vehicles, lithium-ion batteries, and BTMSs.
- Educational institutions, research institutes, and enterprises interested in research, simulation, preliminary design, or evaluation of EV battery cooling systems.
6.3. Impacts and benefits
The research results help strengthen training and research capacity in electric vehicles at the University, particularly in lithium-ion battery thermal management. The experimental system enables students, master’s students, and PhD students to directly engage with temperature measurement, simulation, and thermal-performance evaluation of EV batteries. Scientifically, the project produced high-quality outputs, including two SCIE/Q2 international journal papers, two domestic journal papers, and one textbook for teaching. In practical terms, the results provide a technical basis for developing a liquid-cooling system assisted by the vehicle air-conditioning circuit via a chiller, in line with the trend toward integrated thermal management in modern electric vehicles.
Ban KHCN&ĐN
