بررسی عددی عملکرد حرارتی بسته باتری لیتیوم یون خنک‌شده با نانوسیال در کانال‌های موج‌دار

نوع مقاله : مقاله علمی

نویسندگان
گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه شهید چمران، اهواز، ایران
چکیده
مدیریت حرارتی باتری لیتیوم-یون نقش حیاتی در افزایش طول عمر و ایمنی خودروهای برقی ایفا می‌کند. این پژوهش به شبیه‌سازی عددی مدیریت حرارتی بسته باتری ده سلولی لیتیوم-یون با استفاده از کانال‌های موج‌دار میان‌سلولی و جریان نانوسیال با استفاده از نرم افزار کامسول 6.4 می‌پردازد. اثر سرعت ورودی سیال (یک تا چهار میلی‌متر بر ثانیه)، کسر حجمی نانوذرات (صفر تا دو درصد)، تعداد مجراهای ورودی (یک تا سه ورودی) و نرخ تخلیه (2 C تا 4 C) بر رفتار حرارتی سیستم بررسی شد. یافته‌ها نشان داد افزایش سرعت ورودی، دمای بیشینه خروجی را از ۳۰۸ به ۳۰۰ کلوین کاهش می‌دهد. همچنین، افزودن دو درصد نانوذرات به دلیل بهبود رسانندگی حرارتی، جهش دمای بیشینه باتری را پنج درصد تعدیل می‌کند. در میان متغیرها، افزایش تعداد ورودی‌ها به سه مجرا کارآمدترین راهکار بود؛ به‌طوری‌که دمای بیشینه باتری را از ۳۱۳ کلوین در حالت تک‌ورودی به ۳۰۷ کلوین کاهش داد و ضریب انتقال حرارت جابه‌جایی را با رشد ۶۸ درصدی به ۳۲ وات بر مترمربع کلوین رساند. این ساختار چندورودی یکنواختی دمایی بهتری ایجاد کرده است. نتایج حاکی از آن است که سامانه طراحی شده قادر است حتی در نرخ‌های تخلیه بالا، با تنظیم سرعت جریان و غلظت نانوذرات، دمای پک را در محدوده عملکردی ایمن نگاه داشته است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Numerical Investigation of the Thermal Performance of a Lithium-Ion Battery Pack Cooled by Nanofluid in Wavy Channels

نویسندگان English

saeed aghakhani
Ahmad Hajatzadeh Pordanjani
Department of Mechanical Engineering, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran
چکیده English

Thermal management of lithium-ion batteries plays a vital role in enhancing the lifespan and safety of electric vehicles. This research presents a numerical simulation of thermal management for a ten-cell lithium-ion battery pack using intercellular wavy channels and nanofluid flow, conducted with COMSOL Multiphysics 6.4. The effects of inlet fluid velocity (1 to 4 mm/s), nanoparticle volume fraction (0 to 2%), number of inlet ports (1 to 3 inlets), and discharge rate (2 C to 4 C) on the thermal behavior of the system were investigated. The findings indicated that increasing the inlet velocity reduces the maximum outlet temperature from 308 K to 300 K. Moreover, the addition of 2% nanoparticles mitigates the peak temperature rise of the battery by 5%, due to enhanced thermal conductivity. Among the variables, increasing the number of inlets to three ports proved to be the most effective strategy; it reduced the maximum battery temperature from 313 K in the single-inlet configuration to 307 K, while boosting the convective heat transfer coefficient by 68%, reaching 32 W/(m²·K). This multi-inlet structure also provided better temperature uniformity. The results indicate that the designed system is capable of maintaining the pack temperature within a safe operating range even at high discharge rates, by adjusting the flow velocity and nanoparticle concentration.

کلیدواژه‌ها English

Battery thermal management
Lithium-ion battery
Discharge rate
Convective heat transfer
Transient analysis

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 07 شهریور 1405

  • تاریخ دریافت 01 تیر 1405
  • تاریخ بازنگری 17 مرداد 1405
  • تاریخ پذیرش 07 شهریور 1405
  • تاریخ اولین انتشار 07 شهریور 1405
  • تاریخ انتشار 07 شهریور 1405