مدل سازی عددی مدیریت حرارتی بسته باتری لیتیوم-یون تحت بارگذاری شدید با تمرکز بر سامانه خنک کاری نانوسیال در مجاری موج دار

مدیریت حرارتی باتری های لیتیوم-یون به دلیل حساسیت دمایی بالا و ریسک فرار حرارتی در نرخ های دشارژ بالا، یکی از چالش های اساسی در سامانه های ذخیره سازی انرژی است. در این پژوهش، رفتار حرارتی یک بسته باتری ۱۰ سلولی استوانه ای تحت نرخ دشارژ ثابت ۴C، با بهره گیری از یک سامانه خنک کاری فعال متشکل از کانال های موج دار و نانوسیال آب-اکسید آلومینیوم، به صورت عددی و گذرا بررسی شده است. مدل سازی با استفاده از روش اجزای محدود و حل هم زمان معادلات بقای جرم، ممنتوم و انرژی انجام گرفت. تمرکز اصلی بر ارزیابی عملکرد حرارتی و هیدرودینامیکی سامانه با تغییر پارامتریک سرعت نانوسیال در بازه ۱ تا ۴ میلی متر بر ثانیه و کسر حجمی نانوذرات بین ۰ تا ۲ درصد بوده است. نتایج عددی نشان دهنده اثربخشی قابل توجه بهینه سازی پارامتریک است؛ به نحوی که افزایش سرعت جریان از ۱ به ۴ میلی متر بر ثانیه، منجر به کاهش دمای بیشینه باتری از ۳۱۰/۵ به ۳۰۴/۲ کلوین شده که معادل ۲ درصد بهبود در مهار حرارتی است. همچنین، افزایش غلظت نانوذرات تا ۲ درصد، ضریب انتقال حرارت جابه جایی را در نقاط اوج بار حرارتی تا ۶ درصد نسبت به سیال پایه ارتقا داده و منجر به کاهش ۲ کلوینی دمای میانگین بسته باتری گردیده است. علاوه بر این، ارزیابی دمای خروجی نشان می دهد که در سرعت های بالاتر، جهش دمایی سیال از ۳/۵ درصد به کمتر از ۱/۵ درصد کاهش می یابد که بیانگر پایداری عملکرد خنک کننده در بارهای شدید است.

کلیدواژه ها:

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