بررسی تجربی روش‌های مختلف بهبود مدیریت حرارتی باتری‌های لیتیوم-یون با استفاده از تغییر فاز مایع-بخار

در این مطالعه، یک روش جدید برای مدیریت حرارتی باتری‌های لیتیوم-یون با استفاده از تغییر فاز مایع-بخار بررسی شده است. یک بستۀ باتری متشکل از 12 سلول استوانه‌ای 18650 در یک محفظۀ غوطه‌ور در مبرد r-141b قرار داده شد و اثر چهار پارامتر کلیدی شامل ارتفاع غوطه‌وری مبرد (سه ارتفاع 0%، 50% و 100% ارتفاع سلول‌های باتری)، نرخ دشارژ (1c تا 4c)، نوع روش خنک‌کاری (بدون خنک‌کاری، استفاده از جابه‌جایی آزاد و جابه‌جایی اجباری با فن)، و دمای اولیۀ هیدروژل (10 و 24 درجۀ سانتی‌گراد) بر عملکرد حرارتی باتری‌ها به‌صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که افزایش ارتفاع غوطه‌وری و استفاده از هیدروژل با دمای اولیۀ پایین، بیشترین کاهش دما و فشار نهایی محفظه را به همراه داشته است. در شرایط دشارژ 4c، دمای حداکثری سلول‌ها در حالت غوطه‌وری کامل نسبت به حالت بدون خنک‌کاری 31 درجۀ سانتی‌گراد کاهش یافت. همچنین، استفاده از هیدروژل فشار نهایی محفظه را تا 44.4 درصد کاهش داده است. در حالت بدون خنک‌کاری، دمای حداکثری در نرخ دشارژ 4c به بیش از 71 درجۀ سانتی‌گراد رسید که بالاتر از حد ایمنی عملکرد باتری است. اما با استفاده از غوطه‌وری کامل، این مقدار به 40 درجۀ سانتی‌گراد و با استفاده از هیدروژل با دمای اولیۀ 10 درجه به حدود 34.5 درجۀ سانتی‌گراد کاهش یافت.

experimental investigation of various methods for enhancing thermal management of lithium-ion batteries using liquid-vapor phase change

in this study, a novel thermal management method for lithium-ion batteries based on liquid–vapor phase change was investigated. a battery pack, consisting of twelve cylindrical 18650 cells, was placed in a chamber immersed in r-141b refrigerant, and the effects of four key parameters were experimentally evaluated: i.e., refrigerant immersion height (0%, 50%, and 100% of the cell height), discharge rate (from 1c to 4c), cooling method (no cooling, natural convection, and forced convection using a fan), and initial hydrogel temperature (10 °c and 24 °c). the results showed that increasing the immersion height and using hydrogel with a lower initial temperature led to the greatest reductions in both maximum cell temperature and final chamber pressure. at a 4c discharge rate, the maximum cell temperature in the fully immersed condition was 31 °c lower than that in the no-cooling condition. additionally, using hydrogel reduced the final chamber pressure by up to 44.4%. in the no-cooling condition, the maximum temperature at 4c discharge exceeded 71 °c, which is above the safe operating limit of lithium-ion cells. however, with full immersion, this temperature was reduced to 40 °c. with the use of hydrogel at an initial temperature of 10 °c, it was further reduced to approximately 34.5 °c.