تحلیل پارامتریک و شبیه سازی عددی عملکرد حرارتی بسته باتری لیتیوم-یونی تحت خنک کاری جریان نانوسیال

در این پژوهش، رفتار حرارتی یک بسته باتری لیتیوم-یونی با استفاده از روش اجزای محدود و در بازه زمانی ۲۰۰۰ ثانیه به صورت جامع تحلیل شد. هدف اصلی، ارزیابی کارایی عملکردی یک سامانه خنک کاری مبتنی بر نانوسیال با هدف بهبود مدیریت حرارتی و افزایش طول عمر باتری است. در این مطالعه، اثرات سه پارامتر کلیدی شامل کسر حجمی نانوذرات (۰ تا ۲ درصد)، سرعت جریان نانوسیال (۱ تا ۴ میلی متر بر ثانیه) در نرخ دشارژ باتری ۳ C بر پاسخ های حرارتی سیستم، از جمله ضریب انتقال حرارت، دمای خروجی نانوسیال، دمای متوسط بسته باتری و دمای بیشینه سلول ها بررسی شد. نتایج نشان می دهد که افزایش کسر حجمی نانوذرات از صفر به دو درصد منجر به بهبود یکنواخت ضریب انتقال حرارت می شود، به طوری که بیشینه این مقدار از ۳۶.۸ به حدود ۳۹.۱ وات بر متر مربع کلوین افزایش یافته و همواره عملکردی بالاتر از سیال پایه ارائه می دهد. در همین راستا، بیشینه دمای بسته باتری با بهره گیری از نانوذرات دو درصد، حدود ۰.۹ کلوین کاهش یافت. تحلیل تاثیر سرعت جریان حاکی از آن است که تغییر سرعت از ۱ به ۴ میلی متر بر ثانیه، موجب رشد چشمگیر بیش از ۲۶۰ درصدی در بیشینه ضریب انتقال حرارت (از ۱۹.۲ به ۷۰) می شود. همچنین، افزایش سرعت جریان، دمای بیشینه بسته باتری را از ۳۱۳.۹ به ۳۱۲.۸ کلوین کاهش داده و منجر به افت ۱.۵ تا ۲ کلوینی در دمای متوسط می گردد. در نهایت، افزایش سرعت جریان با تسریع روند نزولی دما، مدت زمان قرارگیری باتری در نواحی دمای بحرانی را به طور موثری کاهش داده و ایمنی عملیاتی سامانه را تضمین می کند.

کلیدواژه ها:

باتری لیتیوم-یونی ، مدیریت حرارتی ، نانوسیال ، روش اجزای محدود ، ضریب انتقال حرارت ، نرخ دشارژ