شبیه‌سازی فرآیند الکتروشیمیایی و بررسی خنک‌کاری یک باتری لیتیوم یون در شرایط بحرانی

Abstract

مدیریت حرارتی باتری لیتیوم یون مورد استفاده در خودرو‌های الکتریکی ضروری می‌باشد. در این پژوهش ابتدا با استفاده از مدل شبه تجربی NTGK شبیه‌سازی فرآیند الکتروشیمیایی درون یک باتری با ظرفیت 6/14 آمپر ساعت انجام شد. با توجه به اعتبارسنجی انجام شده، حداکثر اختلاف نتایج حاصل از شبیه‌سازی و نتایج آزمایشگاهی، برای توزیع ولتاژ، 2 درصد و برای دمای بیشینه 4 درصد می‌باشد. کوچک بودن هدایت حرارتی و ظرفیت گرمای ویژه هوا سبب شده تا عدم یکنواختی دما در باتری با شدت تخلیه بالا، زیاد باشد. با در نظر‌گیری اهمیت این موضوع، عملکرد مایعات آب، نانو سیال آب-اکسید مس و فلز مذاب 〖"Ga" 〗_"68" 〖"In" 〗_"20" 〖"Sn" 〗_"12" در خنک‌کاری باتری با شدت تخلیه C 10 هنگام اتصال کوتاه داخلی مقایسه شد. نتایج حاصل از خنک‌کاری به وسیله فلز مذاب دارای بهترین عملکرد از لحاظ حرارتی می‌باشد و دمای بیشینه باتری برای این خنک‌کننده هنگام اتصال کوتاه کمتر از ۴۰ درجه سانتی‌گراد می‌باشد. افزودن نانو ذره اکسید‌مس در کسر حجمی ۲ درصد به سیال پایه آب، باعث کاهش 36/30 درصدی دمای بیشینه برای مقاومت ۱/0 میکرواهمی می‌گردد؛ ولی کماکان مقدار دمای بیشینه ۸ درجه از دمای مجاز بیشتر می‌باشد. در نهایت تاثیر افزایش سرعت ورودی در محدوده بین 01/0 تا 1 متر بر ثانیه برای سیال خنک‌کننده آب بررسی شد. نتایج نشان می‌دهد که برای مقاومت‌های کوچکتر از ۵/0 میکرو اهم باید از خنک‌کننده با سرعت بیش از 5/0 متر بر ثانیه برای کنترل بهتر دما استفاده شود.