بهبود خنک کاری مجموعه باتری لیتیوم-یون استوانه ای با استفاده از نانوسیال در کانال های موجی و پله کانی و غلاف مسی

چکیده: به منظور بهبود سیستم مدیریت حرارتی برای خنک کاری یک مجموعه باتری خودروهای برقی، عملکرد حرارتی مجموعه باتری ها در دو حالت شارژ و تخلیه شارژ در شرایط کاری مختلف با بکارگیری غلاف مسی در اطراف باتری ها و صفحه مسی و نیز یک کانال پله کانی در بالای مجموعه باتری و استفاده از نانوسیال به عنوان سیال خنک کاری. با استفاده از شبیه سازی عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. مدل حرارتی برای مجموعه باتری با تعداد ۷۱ عدد باتری لیتیوم-یون استوانه ای مدل ۱۸۶۵۰ بررسی و رفتار حرارتی مجموعه باتری مطالعه شده است و اثر متغیرهایی نظیر نرخ جریان الکتریکی در دو فرایند شارژ و تخلیه شارژ، دبی جریان سیال، اضافه کردن نانو ذرات اکسید مس به سیال پایه آب، تغییر سطح تماس میان باتری های همسایه و ایجاد کانال موجی برای باتری ها مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج شبیه سازی عددی اثر مفید سیستم خنک کاری را تائید می کند. نتایج شبیه سازی حاکی از آن است که افزایش نرخ جریان الکتریکی باعث افزایش دما و کاهش یکنواختی توزیع دما در مجموعه باتری می شود. بدین منظور برخی تغییرات صورت گرفته است تا عملکرد حرارتی باتری بهبود یابد. افزایش درصد حجمی نانو ذرات باعث پایین آمدن دمای بیشینه و اختلاف دما در مجموعه باتری شده و منجر به بهبود عملکرد حرارتی سیستم خنک کاری می شود. همچنین افزایش دبی جریان سیال باعث کاهش بیشینه دما و بهبود یکنواختی دما در مجموعه باتری می شود. با افزایش دبی ورودی سیال خنک کن، به ترتیب ۷/۷ و ۵/۱۲ درصد کاهش در بیشینه دما و اختلاف دما در فرایند تخلیه شارژ در مجموعه باتری مشاهده می شود. در نهایت افزایش سطح تماس میان باتری ها و کانال موجی از ۳۷ درجه به ۵۷ درجه می تواند به میزان ۲/۵ و ۳/۵۲ درصد به ترتیب بر کاهش اختلاف دما و دمای بیشینه در مجموعه باتری تاثیر بگذارد، ولی بر یکنواختی دما در مجموعه اثر نامطلوب دارد.

کلیدواژه ها:

Battery thermal management systems ، lithium-ion battery ، liquid cooling ، Nanofluid ، copper sheath ، باتری لیتیوم-یون ، خنک کاری مایع ، سیستم مدیریت حرارتی ، نانوسیال ، غلاف مسی