• شماره ركورد
    34109
  • پديد آورنده

    پيمان ايراني

  • عنوان
    مدل سازي عددي پديده فرار حرارتي در باتري ليتيوم-يون
  • مقطع تحصيلي
    كارشناسي ارشد
  • رشته تحصيلي
    مهندسي مكانيك-تبديل انرژي
  • سال تحصيل
    1401
  • تاريخ دفاع
    1404/07/26
  • استاد راهنما
    دكتر آيت قره قاني
  • استاد مشاور
    -
  • دانشكده
    دانشكده مهندسي مكانيك
  • چكيده
    باتري‌هاي ليتيوم-يوني به دليل چگالي انرژي و توان بالايي كه دارند به‌طور گسترده به عنوان منبع اصلي انرژي براي تامين انرژي در خودروهاي الكتريكي به كار مي روند. بالا رفتن بيش از حد دما در باتري¬ها باعث رخ دادن پديده¬اي بنام فرار حرارتي مي¬شود كه ناشي از واكنش هاي گرمازاي زنجيره اي در باتري مي¬باشد. اين واكنش¬ها باعث افزايش شديد دماي داخل باتري شده كه باعث بي ثباتي و تخريب ساختار داخلي باتري و در نهايت از كار افتادن باتري خواهد شد. لذا، مدلسازي دقيق اين پديده و تخمين زمان وقوع آن از اهميت زيادي در تحقيقات مربوط به باتري¬ها، برخوردار است. همچنين، ارائۀ راه¬حل مناسب براي جلوگيري از پديدۀ مخرب فرار حرارتي، به منظور اطمينان از عملكرد بهينۀ باتري، امري لازم و ضروري است. در اين پايان¬نامه، ابتدا به مدلسازي پديدۀ فرار حرارتي در باتري ليتيوم¬يون 18650 با استفاده از نرم¬افزار كامسول پرداخته شده و زمان وقوع اين پديده براي حالت هاي شارژ مختلف (C 2 تا C 5) بدست آمده است. در ادامه، با توسعۀ سيستم مديريت حرارتي برپايۀ مواد تغيير فاز دهنده، اثر ضخامت مادۀ تغيير فاز دهنده در به تأخير انداختن زمان وقوع فرار حرارتي در حالت هاي مختلف شارژ باتري، محاسبه شده است. نتايج نشان مي دهند كه مقدار زماني كه طول مي كشد تا در باتري با جريان الكتريكي A/m2 60 با زمان شارژ و تخليه 360 ثانيه (نرخ شارژ/تخليه: C 5) پديده فرار حرارتي اتفاق بيفتد، در حالت بدون خنك كاري 2860 ثانيه اما با 5 ميليمتر ماده تغيير فاز دهنده 8250 ثانيه مي باشد. هم چنين مقدار زماني كه طول مي كشد تا در باتري با جريان الكتريكي A/m2 36 با زمان شارژ و تخليه 600 ثانيه (نرخ شارژ/تخليه: C 3) پديده فرار حرارتي اتفاق بيفتد، در حالت بدون خنك كاري 6745 ثانيه اما با 5 ميليمتر ماده تغيير فاز دهنده 19481 ثانيه مي باشد. مقدار زماني كه طول مي كشد تا در باتري جريان الكتريكي A/m2 24 با زمان شارژ و تخليه 900 ثانيه (نرخ شارژ/تخليه: C 2) پديده فرار حرارتي اتفاق بيفتد 13734 ثانيه مي باشد. هم چنين، از مطالعه باتري با جريان الكتريكي A/m2 60 با زمان شارژ و تخليه 360 ثانيه (نرخ شارژ/تخليه: C 5) در حالت بدون خنك كاري ديده شد كه تا دماي 383 كلوين تنها منبع گرماي الكتروشيميايي در افزايش دماي باتري تأثير دارد و تا پيش از اين دما مي توان از گرماي ناشي از واكنش هاي شيميايي گرمازا صرف نظر كرد اما از دماي 383 كلوين به بعد ديگر گرماي ناشي از واكنش هاي شيميايي گرمازا قابل صرف نظر نيست و از دماي بالاتر از 482 كلوين از منبع گرماي الكتروشيميايي در مقابل گرماي ناشي از واكنش هاي شيميايي گرمازا مي توان صرف نظر كرد.
  • تاريخ ورود اطلاعات
    1404/09/12
  • عنوان به انگليسي
    Numerical modeling of thermal runaway phenomena in lithium-ion batteries
  • تاريخ بهره برداري
    10/18/2026 12:00:00 AM
  • دانشجوي وارد كننده اطلاعات

    پيمان ايراني

  • چكيده به لاتين
    Lithium-ion batteries are widely used as the main energy source for electric vehicles due to their high energy density an‎d power. Excessive temperature rise in batteries causes a phenomenon called thermal runaway, which is caused by exothermic chain reactions in the battery. These reactions cause a sharp increase in the temperature inside the battery, which causes instability an‎d destruction of the internal structure of the battery, an‎d ultimately leads to battery failure. Therefore, accurate modeling of this phenomenon an‎d estimation of its occurrence time are of great importance in battery research. Also, providing an appropriate solution to prevent the destructive phenomenon of thermal runaway is necessary an‎d essential to ensure optimal battery performance. In this thesis, first, the thermal runaway phenomenon in the 18650 lithium-ion battery is modeled using COMSOL software, an‎d the occurrence time of this phenomenon is obtained for different charging states (2 C to 5 C). by developing a thermal management system based on phase change materials, the effect of the thickness of the phase change material on delaying the occurrence of thermal runaway in different battery charging states has been calculated. The results show that the amount of time it takes for thermal runaway to occur in a battery with an electric current of 60 A/m2 with a charge an‎d discharge time of 360 seconds (charge/discharge rate: 5 C) is 2860 seconds without cooling, but 8250 seconds with 5 mm of phase change material. Also, the amount of time it takes for thermal runaway to occur in a battery with an electric current of 36 A/m2 with a charge an‎d discharge time of 600 seconds (charge/discharge rate: 3 C), is 6745 seconds without cooling, but 19481 seconds with 5 mm of phase change material. The amount of time it takes for thermal runaway to occur in a battery with an electric current of 24 A/m2 an‎d a charge an‎d discharge time of 900 seconds (charge/discharge rate: 2 C) is 13734 seconds. Also, from a study of a battery with an electric current of 60 A/m2 an‎d a charge an‎d discharge time of 360 seconds (charge/discharge rate: 5 C) in a state without cooling, it was seen that up to a temperature of 383 K, the only source of electrochemical heat has an effect on increasing the battery temperature, an‎d before this temperature, the heat from exothermic chemical reactions can be ignored but from a temperature of 383 K onwards, the heat from exothermic chemical reactions can no longer be ignored, an‎d above a temperature of 482 K, the electrochemical heat source can be ignored in comparison to the heat from exothermic chemical reactions.
  • كليدواژه هاي فارسي
    پديده فرار حرارتي , ماده تغيير فاز دهنده , مديريت حرارتي باتري , باتري ليتيوم-يون
  • كليدواژه هاي لاتين
    Thermal runaway phenomenon , Phase change material , Battery thermal management , Lithium-ion battery
  • Author
    Peyman Irani
  • SuperVisor
    Dr Ayat Gharehghani