تحلیل عددی عملکرد حرارتی بسته باتری لیتیوم یونی مجهز به کانال های موج دار و نانوسیال تحت نرخ های دشارژ مختلف

در این پژوهش، رفتار حرارتی و هیدرودینامیکی یک بسته باتری لیتیوم یونی شامل ۱۰ سلول استوانه ای، مجهز به سامانه مدیریت حرارتی مبتنی بر نانوسیال و کانال های موج دار، به صورت عددی و گذرا بررسی شد. هدف اصلی مطالعه، ارزیابی عملکرد سامانه خنک کاری در کنترل دما و بهبود انتقال حرارت تحت نرخ های دشارژ مختلف بود. در این راستا، اثر نرخ دشارژ به عنوان متغیر اصلی در سه سطح ۲C، ۳C و ۴C تحلیل شد، در حالی که سرعت نانوسیال برابر ۲ میلی متر بر ثانیه و کسر حجمی نانوذرات برابر ۱ درصد به صورت ثابت در نظر گرفته شدند تا اثر مستقل نرخ دشارژ بر پاسخ سامانه مشخص شود. مدل سازی با استفاده از معادلات بقای جرم، ممنتوم و انرژی در چارچوب شرایط گذرا انجام شد و شاخص هایی نظیر توزیع دما، ضریب انتقال حرارت جابه جایی، دمای خروجی نانوسیال، دمای متوسط بسته باتری و بیشینه دمای سلول ها مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که با افزایش نرخ دشارژ، میزان تولید حرارت داخلی سلول ها افزایش یافته و در نتیجه، دمای سلول ها، دمای متوسط بسته و دمای خروجی نانوسیال به طور محسوسی بیشتر می شود. در نرخ دشارژ ۴C، بیشینه دمای سلول ها به حدود ۳۱۰ کلوین و میانگین دمای بسته به حدود ۳۰۲ کلوین رسید، در حالی که ضریب انتقال حرارت جابه جایی نیز تا حدود ۳۲ وات بر متر مربع کلوین افزایش یافت. همچنین، کانتورهای دمایی نشان دادند که سلول های نزدیک به خروجی جریان دمای بالاتری نسبت به نواحی ورودی دارند. در مجموع، نتایج بیانگر آن است که ترکیب نانوسیال و کانال های موج دار، راهکاری موثر برای کاهش تمرکز حرارت و ارتقای پایداری حرارتی بسته باتری، به ویژه در نرخ های دشارژ بالا، فراهم می آورد.

کلیدواژه ها:

باتری لیتیوم یون ، مدیریت حرارتی باتری ، نانوسیال ، کانال موجی ، شبیه سازی اجزای محدود ، نرخ دشارژ متغیر