بررسی عددی و تجربی تخمین افزایش دمای پک های بزرگ باتری لیتیوم-یون در نرخ دشارژهای مختلف

با توجه پیشرفت صنایع در یک دهه اخیر و نیاز روزافزون آن ها به تامین توان مورد نیازشان به کمک باتری ها، برای دستیابی به ولتاژ و جریان های بالا نیاز است تا تعداد زیادی از باتری ها به صورت سری و موازی در کنار یک دیگر قرار گیرندو پک های بزرگ باتری آماده گردند. یکی از باتری هایی که هم اکنون بسیار در صنایع استفاده می گردد، باتری لیتیوم- یون است اما با این وجود، دمای کارکردی آن یک از محدودیت های استفاده از آن ها می باشد. قرار گیری باتری ها در کنار یکدیگر با توجه به گرمازا بودن واکنش های الکتروشیمیایی آن و تولید حرارت و افزایش دمای آن هاسبب ایجاد مشکلاتی از قبیل کاهش عمر باتری و پدیده گریز حرارتی و درنتیجه آن حوداث مخرب و غیر قابل جبرانی همچون انفجار می گردد. بنابراین نیاز است در طراحی پک های بزرگ افزایش دمای آن مورد توجه قرار گرفته و در صورت نیاز برای آن از سیستم های خنک کاری استفاده شود. به همین منظور در پژوهش حاضر به بررسی عددی و تجربی انتقال حرارت جابه جایی طبیعی در یک پک بزرگ باتری و تخمین افزایش دما آن در نرخ دشارژ های متفاوت ۰.۲C، ۰.۵C و ۱C پرداخته شده است. میزان افزایش دمای در پک باتری در نرخ جریان ۰.۲C، ۰.۵C و ۱C به ترتیب ۹، ۱۱ و ۲۵ درجه می باشد. نتایج حاضر نشان می دهد که حداکثر اختلاف بین افزایش دمای تخمین زده شده به کمک حل عددی با نتایج تجربی، حداکثر ۵ درصد می باشد. در این مطالعه، افزایش دمای پک باتری در نرخ دشارژهای ۰.۲Cو ۰.۵C در محدوده مجاز طراحی (کمتر از ۵۵ سانتیگراد) بوده و امکان حضور پدیده گریز حرارتی برای آن منتفی است. اما در نرخ دشارژ۱C ، افزایش دما در محدوده بحرانی قرار داشته و امکان پدیده گریز حرارتی با ادامه فرایند دشارژ برای آن وجود دارد و نیاز است برای پک باتری از یک سیستم خنک کاری استفاده گردد.

Keywords:

پک های بزرگ باتری لیتیوم – یون , انتقال حرارت جابه جایی طبیعی , افزایش دمای باتری , گریز حرارتی , شبیه سازی عددی , تست تجربی