مطالعه ی عددی سیستم مدیریت حرارتی باتری های لیتیم-یون با رویکرد بررسی تاثیر آرایش محفظه PCM دربرگیرنده سلول باتری

استفاده از باتریهای لیتیم-یون در صنعت خودروهای الکتریکی، به دلیل چگالی انرژی بالای آنها به سرعت در حال رشد است اما این باتریها همچنان در دماهای بالا آسیبپذیر هستند و خطرات پر ریسک فرار حرارتی همچنان دامنگیر آنها است. مطالعات اخیر نشان داده است که یکی از بهترین روشها جهت مدیریت حرارتی این باتریها، بکار بردن روش غیرفعال و استفاده از مواد تغییر فاز دهنده است. هنگامیکه این روش، با روش خنک کاری فعال (هوا خنک) ترکیب میشود اثرات سیستم خنک کاری چشمگیرتر میشوند. ماده تغییر فاز دهندهای که باتری را دربر میگیرد ازنظر هندسی میتواند اشکال مختلفی داشته باشد که هرکدام به دلیل ویژگی های هندسی خود میتوانند اثرات مختلفی را روی سیستم خنک کاری داشته باشند. در این مطالعه هندسه های مختلفی از محفظه های نگهدارنده مواد تغییر فاز دهنده (PCM) که همگی دارای حجم یکسانی هستند، در نظر گرفته شد. در همین راستا سه بسته باتری شامل 12 واحد باتری PCM (PEG-1000) – (Sony 18650)، با محفظه های مربعی، شش ضلعی و دایره ای، در دو سیکل حرارتی مختلف -3C استراحت- 2C و -2C استراحت- 2C، در یک سیستم شامل خنک کاری فعال (هوا خنک) و غیرفعال (PCM) مورد آزمایش قرار گرفتند و رفتار حرارتی آنها بررسی شد. مطالعات نشان داد که محفظه شش ضلعی با اختلاف ناچیزی عملکردی شبیه محفظه دایره ای دارد. همچنین در بررسی ها مشخص شد تا زمانی که تمامی PCM موجود در سیستم ذوب نشده است، محفظه دایرهای عملکرد بهتری را ازنظر پایین نگهداشتن دمای حداکثری باتری از خود نشان میدهد. اما زمانی که کسر مایع در سیستم به 1 میرسد برتری محفظه دایره ای جای خود را به محفظه مربعی میدهد. برخلاف اینکه محفظه دایرهای سطح خارجی بیشتری را ارائه میدهد و پیشبینی میشود ازنظر خنک کاری فعال، عملکرد بهتری را داشته باشد، محفظه مربعی با توزیع متناسب فضای عبوری حریان هوا در کل فضای بسته باعث میشود انتقال حرارت بین PCM و باتری با جریان هوای عبوری به حداکثر خود برسد و دمای باتری کاهش بیشتری را نسبت به محفظه های دایرهای و شش ضلعی داشته باشد.

Keywords:

لیتیم-یون , باتری , ماده تغییر فاز دهنده , مدیریت حرارتی , فعال , غیرفعال