9813

طراحي يك سيستم خنك‌كاري نوآورانه براي باتري‌هاي ليتيوم‌يوني

كارشناسي

مهندسي مكانيك

1404

دكتر آيت قره‌قاني

1404/07/12

مهندسي مكانيك

Designing an innovative cooling system for lithium-ion batteries

باتري‌هاي ليتيوم‌يون به دليل چگالي انرژي بالا و چرخه عمر مناسب، به‌عنوان گزينه‌اي كليدي در خودروهاي برقي مطرح هستند. با اين حال، چالش اساسي در به‌كارگيري آن‌ها كنترل دما و محدودسازي اختلاف دماي بين سلول‌هاست، چرا كه افزايش بيش از حد دما منجر به افت كارايي و كاهش ايمني مي‌شود. لذا براي اطمينان از عملكرد بهينه باتري‌ها طراحي و توسعه يك سيستم مديريت حرارتي مناسب كه بتواند دماي باتري را در محدوده مناسب حفظ نمايد ضروري است. در اين پژوهش، يك سامانه خنك‌كاري نوآورانه مبتني بر ميكروكانال طراحي و به‌صورت عددي شبيه‌سازي شده است. نتايج نشان دادند كه افزايش سرعت ورودي سيال از 1/0 تا m/s85/0 موجب كاهش حدود K 9/2 در دماي بيشينه سلول‌ها مي‌گردد. همچنين اختلاف دماي بين سلول‌ها در تمامي سرعت‌هاي بررسي‌شده كمتر از K 5 باقي مانده و شرط يكنواختي حرارتي برآورده شد. از سوي ديگر، توان مصرفي پمپ رفتار غيرخطي و افزايشي داشته و از حدود W5/0 در سرعت m/s 4/0 به W 5/4 در سرعت m/s 85/0 افزايش يافت كه معادل رشدي بيش از 800 % است. تحليل همزمان اختلاف دماي بيشينه و توان پمپاژ نشان مي‌دهد كه بازه سرعت 4/0 تا m/s 5/0 نقطه بهينه عملكرد سيستم محسوب مي‌شود؛ در اين محدوده، اختلاف دما به سطح مطلوب كاهش يافته و در عين حال توان پمپاژ در سطحي مقرون‌به‌صرفه باقي مي‌ماند. اين يافته‌ها مي‌تواند به‌عنوان مبنايي براي طراحي بهينه سامانه‌هاي مديريت حرارتي در باتري‌هاي ليتيوم‌يون و بهبود راندمان خودروهاي برقي مورد استفاده قرار گيرد.

باتري ليتيوم-يون؛ مديريت حرارتي؛ ميكروكانال؛ خنك‌كاري نوآورانه؛ شبيه‌سازي عددي؛سيستم مايع خنك