کنترل بهینه شارژ سریع برای کاهش تولید حرارت در سلول های لیتیومی

شارژ سریع در باتری های لیتیوم یون یکی از الزامات اصلی در کاربردهای خودروهای الکتریکی، تجهیزات قابل حمل و سامانه های ذخیره سازی انرژی نسل جدید است؛ اما افزایش نرخ شارژ (C-rate) موجب افزایش چشمگیر تولید حرارت، تشدید واکنش های جانبی، رشد لایه SEI و در نهایت کاهش عمر چرخه ای و افزایش ریسک ناپایداری حرارتی می شود. این پژوهش یک چارچوب نوین برای کنترل بهینه فرآیند شارژ سریع با هدف کاهش دمای سلول و بهبود یکنواختی حرارتی ارائه می دهد. در این روش از مدل حرارتی–الکتروشیمیایی مرتبه کاهش یافته استفاده شده و بر مبنای آن، استراتژی شارژ تطبیقی طراحی شده که جریان شارژ را به صورت لحظه ای بر اساس دمای داخلی سلول، مقاومت اهمی و نرخ رشد SEI تنظیم می کند. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که به کارگیری کنترل کننده بهینه پیشنهادی موجب کاهش میانگین دما تا حدود ۲۲٪ و کاهش گرادیان حرارتی داخلی تا ۳۵٪ در مقایسه با روش CC-CV متداول می شود. علاوه بر این، استراتژی معرفی شده امکان شارژ سریع تر تا ۱.۸ برابر بدون عبور از حدود ایمنی حرارتی را فراهم می کند. این نتایج نشان می دهد که ترکیب مدل سازی دقیق حرارتی با کنترل پیش بین می تواند مسیر جدیدی برای توسعه شارژرهای سریع کم حرارت در نسل آینده سیستم های ذخیره سازی انرژی فراهم سازد.

کلیدواژه ها:

شارژ سریع ، مدیریت حرارتی ، کنترل پیش بین مدل مبنا ، لیتیوم یون ، تولید حرارت ، مدل حرارتی–الکتروشیمیایی ، بهینه سازی جریان شارژ