9953

مطالعه تاثير شكل باتري بر انتشار فرارحرارتي در باتري‌هاي ليتيوم-يون

كارشناسي

مهندسي مكانيك

1404

دكتر آيت قره‌قاني

1404/08/07

مهندسي مكانيك

Investigating the Effect of Li-ion Battery Cell Shape on Thermal Runaway Propagation

با توجه به گسترش استفاده از خودروهاي الكتريكي و سامانه‌هاي ذخيره انرژي، تقاضا براي باتري‌هايي با ظرفيت بالاتر و قابليت‌هاي شارژ سريع به‌طور چشمگيري افزايش يافته است. در اين ميان، رفتار حرارتي باتري‌هاي ليتيوم-يون به‌عنوان يكي از اصلي‌ترين عوامل موثر در حفظ ايمني و پايداري عملكرد آنها شناخته مي‌شود. يكي از چالش‌هاي اساسي در اين زمينه، پديده فرارحرارتي است كه در صورت وقوع در يك سلول، مي‌تواند به سلول‌هاي مجاور انتشار يافته و سبب ايجاد خسارات به سامانه ازجمله آتش‌سوزي و انفجار گردد. تاكنون پژوهش‌هاي متعددي در زمينه انتشار فرارحرارتي و شناسايي عوامل موثر بر آن انجام شده است؛ اما تاثير شكل هندسي سلول‌ها بر انتشار فرارحرارتي مورد بررسي قرار نگرفته‌ است. در اين پژوهش، با هدف تحليل تاثير هندسه سلول بر رفتار حرارتي ماژول، دو نوع سلول استوانه‌اي و منشوري تحت شرايط مشابه مورد مطالعه و مقايسه قرار گرفتند. نتايج نشان‌ داد كه سلول‌ آغازگر منشوري با تاخير 790 ثانيه نسبت به سلول آغازگر استوانه‌اي وارد مرحله فرارحرارتي شد؛ اما دماي اوج بالاتري درمقايسه با نوع استوانه‌اي ثبت نمود به‌طوري‌كه بيشينه دماي اوج در سلول منشوري برابر 663.1 ℃ و در سلول استوانه‌اي برابر با 638.1 ℃ شد كه حاكي از اختلاف 25 ℃ مي‌باشد. به‌علاوه، سلول‌هاي استوانه‌اي به‌واسطه نسبت سطح به حجم بيشتر، داراي تبادل حرارتي بيشتري با سلول‌هاي مجاور بوده و در نتيجه شدت انتشار فرارحرارتي در اين‌گونه سلول‌ها افزون‌تر است. نتايج نشان داد كه به استثنا سلول آغازگر، دماي ساير سلول‌ها در ماژول استوانه‌اي به‌طور متوسط حدود 10.5 درصد بيشتر از ماژول منشوري است. بر اساس يافته‌هاي اين تحقيق، نوع شكل سلول نقش تعيين‌كننده‌اي در رفتار حرارتي و ايمني سامانه باتري دارد و انتخاب هندسه مناسب سلول در كنار طراحي دقيق سامانه مديريت حرارتي مي‌تواند به‌طور موثري از وقوع و انتشار فرارحرارتي جلوگيري كند.

باتري‌ ليتيوم-يون؛ فرارحرارتي؛ انتشار فرارحرارتي؛ شكل سلول؛ سلول‌هاي استوانه‌اي؛ سلول‌هاي منشوري؛ انتقال حرارت؛ سامانه مديريت حرارتي باتري.