سیستم مدیریت حرارتی باتری مبتنی بر PCM با افزودن نانوذرات

مرجع پلیمر در بازار ایران (پلیم پارت) :

چکیده

هند کشوری با بیش از 295 میلیون وسیله نقلیه­، شاهد رشد تصاعدی در تعداد وسایل نقلیه برقی بود که عمدتا اتومبیل و دوچرخه در جاده­‌های هند کار می‌­نمایند. طبق گزارش شرکت RBSA ADVISORS­، پیش­‌بینی می‌­شود بازار وسیله نقلیه الکتریکی (EV) هند با نرخ رشد مرکب سالانه (CAGR) 90درصد در این دهه رشد نماید. برای توسعه و موفقیت EV­، باتری کلید اصلی است اما مشکل اساسی باتری مدیریت حرارتی است. با افزایش دمای باتری­، عملکرد و عمر آن کاهش می‌­یابد که این مورد دلیل اصلی نیاز وسیله نقلیه الکتریکی به سیستم مدیریت حرارتی باتری (BTMS) است. روش‌­های مختلفی را می‌­توان برای استفاده از BTMS­ها مانند هوا­، مایع­، ماژول ترموالکتریک و مواد تغییر فاز دهنده (PCM)  استفاده نمود. استفاده از PCM در هند راه حل مقرون به صرفه برای مشکل باتری دارد. در این مقاله­، با کمک نانوذرات گرافن­، هدایت حرارتی پارافین افزایش یافته و برای مدیریت حرارتی 12 سلول استوانه‌­ای Li-Ion18650 استفاده می­‌شود. مدل سه بعدی با کمک نرم افزار SolidWorks ایجاد شده و سپس مدل آن برای شبیه‌­سازی حرارتی به ANSYS وارد می‌­شود. شبیه‌­سازی حرارتی با نرخ‌­های مختلف مانند C1­، C2 و C3 و برای ضخامت­‌های مختلف مانند 1­­، 3­، ­­­، 7 ­­و 9 میلی­متر از مواد PCM در اطراف حاشیه سلول‌­ها انجام می‌­شود. این مدل با نتایج آزمایشی تأیید می‌­شود. با افزایش ضخامت ماتریس مواد PCM در اطراف حاشیه سلول Li-ion­65018­، دما در داخل باتری کاهش می‌­یابد اما در عین حال وزن بسته باتری افزایش می‌­یابد. بنابراین برای به دست آوردن شرایط بهینه برای باتری­، باید بین حداکثر دمای باتری و وزن بسته باتری تعادل برقرار شود.

نتیجه‌گیری

مطالعه حاضر تغییر دما از بسته باتری همراه با ماتریس ماده تغییر فاز دهنده و یا بدون ماتریس تغییر فاز دهنده با ضخامت متفاوت مانند 1­­، 3­، ­­­، 7 ­­و 9 میلی­متر از ماتریس مواد PCM با افزودن گرافن نانوذرات در اطراف حاشیه سلول 65018 Li-ion را نشان می‌­دهد­­. با افزایش ضخامت مواد تغییر فاز دهنده­ بسته باتری دمای باتری کاهش یافت اما در همان زمان وزن بسته باتری به میزان قابل توجهی افزایش می‌­یابد. باید تعادل بین کاهش دما و وزن بسته باتری ­بسته به کاربرد موردنظر برقرار شود. ضخامت متفاوت مواد PCM با توجه به کاربرد­، ظرفیت بسته باتری و میزان تخلیه بیشترین مزیت را به همراه خواهد داشت. هدایت حرارتی را می­‌توان با افزودن فوم فلزی در ماتریس مواد تغییر فاز دهنده بهبود بخشید. در صورت افزایش درجه حرارت بالا در مواد تغییر فاز دهنده یک سیستم خنک کننده ترکیبی که ممکن است از سیستم خنک کننده هوا یا سیستم خنک کننده ماژول ترموالکتریک تشکیل شود­ یا از هر دو سیستم استفاده شود. همچنین­، این روش می­‌تواند مشکل دو چرخه الکتریکی را با یک راه حل مقرون به صرفه با توجه به بازار هند حل نماید.

دانلود فایل : سیستم مدیریت حرارتی باتری مبتنی بر PCM با افزودن نانوذرات

Reference:

Kadam, Govind, and Punit Kongi. "Battery thermal management system based on PCM with addition of nanoparticles." Materials Today: Proceedings 72 (2023): 1543-1549.

https://doi.org/10.1016/j.matpr.2022.09.384

ترجمه و ویرایش: دانیال ابراهیم‌زاده