بررسی عددی مدیریت گرمایی باتری لیتیوم- یون با استفاده از ماده‌ی تغییر فاز دهنده و فوم فلزی

هدف از پژوهش حاضر، خنک کاری یک باتری لیتیوم-یون با استفاده از دو حالت ماده ی تغییر فاز دهنده و ترکیب آن با فوم مس (سامانه هیبریدی) بر مبنای دینامیک سیالات محاسباتی است. شبیه سازی با استفاده از نرم افزار ansys-fluent و بر اساس مدل دو بعدی ntgk برای باتری و مدل آنتالپی-تخلخل برای ماده ی تغییر فاز دهنده صورت گرفت. تاثیر سرعت‌های دشارژ و ضریب انتقال گرمای همرفتی بررسی گردید. نتایج نشان داد که به کارگیری ماده ی تغییر فاز دهنده باعث کاهش دمای باتری به میزان °c 11.97 ، °c 32.22 و °c 35.04 به ترتیب در سرعت های دشارژ c1، c3 و c5 شده است. با افزایش ضریب انتقال گرما همرفتی از  0.5 به  10 در سامانه ی هیبریدی، بهبود 10 درصدی در کاهش دمای باتری مشاهده گردید. در فرآیند بازیابی ماده‌‌ی تغییر فازدهنده و در سرعت دشارژ c5، مدت زمان جامد شدن ماده ی تغییر فاز دهنده در سامانه ی هیبریدی نسبت به ماده‌ی تغییر فاز دهنده به میزان 45 درصد بهبود یافت. در نهایت وجود فوم فلزی باعث بهبود عملکرد سامانه ی مدیریت گرمایی شده است.

numerical analysis on the thermal management of lithium-ion battery using phase change material and metal foam

the purpose of current study is to investigate the cooling of a lithium-ion battery using two modes of phase change material and its combination with copper foam (hybrid system) based on computational fluid dynamics. the simulation was conducted using ansys-fluent software, which ntgk and enthalpy-porosity models were used for battery and phase change material modeling, respectively. effects of discharge rate (c) and convective heat transfer coefficient were studied. the findings showed that the use ofpcm reduces the battery temperature by 11.97 °c , 32.22 °c and 35.04 °c in 1c, 3c and 5c discharge rates, respectively. byincreasing the convective heat transfer coefficient from 0.5 w m-2 k-1 to 10 w m-2 k-1 in the hybrid system, a reduction of 10% inbattery temperature was investigated. in the recovery process of the pcm with discharge rate of 5c, the solidification time of phasechange material in the hybrid system was enhanced by 45% compared to the phase change material system. finally, it was concludedthat the metal foam has improved the performance of battery thermal management system.