تحلیل دینامیک حرارتی و عملکرد انتقال گرما در بسته های باتری لیتیوم-یونی با به کارگیری جریان نانوسیال در نرخ دشارژهای مختلف

مدیریت حرارتی مناسب در باتری های لیتیوم یون یکی از عوامل کلیدی در افزایش ایمنی، پایداری عملکرد و طول عمر این سامانه ها به شمار می رود. در این پژوهش، عملکرد حرارتی یک پک باتری ده سلولی که توسط ۶ کانال موج دار احاطه شده است، به صورت عددی بررسی شده است. در این سامانه، نانوسیال آب-آلومینا به عنوان سیال خنک کننده در نظر گرفته شده و برای هر کانال، یک ورودی و یک خروجی مستقل تعریف شده است؛ به گونه ای که سامانه در مجموع دارای ۶ ورودی و ۶ خروجی برای جریان نانوسیال می باشد. شبیه سازی عددی با استفاده از روش اجزای محدود در نرم افزار کامسول انجام شده و اثر نرخ دشارژ در بازه ۲C تا ۴C بر رفتار حرارتی پک باتری مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج نشان داد که با افزایش نرخ دشارژ، دمای بیشینه باتری، دمای متوسط پک و دمای خروجی نانوسیال همگی روند افزایشی دارند، در حالی که زمان رسیدن به بیشینه دما کاهش می یابد. به طوری که دمای بیشینه پک باتری از ۵/۳۰۷ کلوین در نرخ دشارژ ۲C به ۳۱۵ کلوین در نرخ ۴C افزایش یافته است. همچنین دمای متوسط پک از ۳۰۲ کلوین در ۲C به ۵/۳۰۷ کلوین در ۴C رسیده و دمای بیشینه خروجی نانوسیال نیز از ۳۰۵ کلوین به ۵/۳۱۰ کلوین افزایش یافته است. از سوی دیگر، بیشینه ضریب انتقال حرارت از ۱۴ وات بر متر مربع کلوین در نرخ ۲C به ۵/۲۱ وات بر متر مربع کلوین در نرخ ۴C افزایش پیدا کرده است. نتایج نشان می دهد که استفاده از کانال های موج دار همراه با نانوسیال آب-آلومینا، عملکرد قابل قبولی در کنترل دمای پک باتری داشته و می تواند به عنوان راهکاری موثر برای مدیریت حرارتی باتری ها در شرایط کاری با نرخ دشارژ بالا مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه ها:

باتری لیتیوم یون ، مدیریت حرارتی ، نانوسیال آب-آلومینا ، کانال موج دار ، روش اجزای محدود ، نرخ دشارژ