مع ازدياد مبيعات وامتلاك مركبات الطاقة الجديدة، تتكرر حوادث الحريق فيها. ويُعدّ تصميم نظام إدارة الحرارة تحديًا رئيسيًا يُعيق تطوير هذه المركبات. لذا، فإن تصميم نظام إدارة حرارة مستقر وفعّال يُعدّ ذا أهمية بالغة لتحسين سلامة مركبات الطاقة الجديدة.
يُعدّ نمذجة الخصائص الحرارية لبطاريات الليثيوم أيون أساسًا لإدارة حرارتها. ومن أهم جوانب هذه النمذجة، نمذجة خصائص انتقال الحرارة ونمذجة خصائص توليدها. في الدراسات الحالية حول نمذجة خصائص انتقال الحرارة في البطاريات، يُفترض أن بطاريات الليثيوم أيون تتميز بموصلية حرارية غير متجانسة. لذا، من الأهمية بمكان دراسة تأثير مواقع انتقال الحرارة المختلفة وأسطحها على تبديد الحرارة والموصلية الحرارية لبطاريات الليثيوم أيون، وذلك لتصميم أنظمة إدارة حرارية فعّالة وموثوقة لهذه البطاريات.
استُخدمت خلية بطارية فوسفات الحديد الليثيوم بسعة 50 أمبير/ساعة كعينة للدراسة، وتم تحليل خصائص سلوك نقل الحرارة فيها بالتفصيل، واقتُرحت فكرة جديدة لتصميم إدارة الحرارة. يوضح الشكل 1 شكل الخلية، بينما يوضح الجدول 1 معايير الحجم المحددة. يتضمن هيكل بطارية أيونات الليثيوم بشكل عام قطبًا موجبًا، وقطبًا سالبًا، ومحلولًا إلكتروليتيًا، وفاصلًا، وسلكًا للقطب الموجب، وسلكًا للقطب السالب، وطرفًا مركزيًا، ومادة عازلة، وصمام أمان، ومعامل درجة حرارة موجب (PTC).سخان سائل التبريد PTC/سخان هواء PTCيتكون غلاف البطارية من الثرمستور. يوجد فاصل بين قطبي البطارية الموجب والسالب، ويتشكل قلب البطارية عن طريق اللف أو تتشكل مجموعة الأقطاب عن طريق الترقق. يتم تبسيط بنية الخلية متعددة الطبقات إلى مادة خلية بنفس الحجم، مع تطبيق معالجة مكافئة على المعاملات الفيزيائية الحرارية للخلية، كما هو موضح في الشكل 2. يُفترض أن مادة خلية البطارية عبارة عن وحدة متوازية المستطيلات ذات خصائص توصيل حراري متباينة الخواص، ويتم ضبط التوصيل الحراري (λz) العمودي على اتجاه التراص ليكون أصغر من التوصيل الحراري (λx، λy) الموازي لاتجاه التراص.
(1) ستتأثر قدرة تبديد الحرارة لنظام إدارة الحرارة لبطارية الليثيوم أيون بأربعة معايير: الموصلية الحرارية العمودية على سطح تبديد الحرارة، ومسافة المسار بين مركز مصدر الحرارة وسطح تبديد الحرارة، وحجم سطح تبديد الحرارة لنظام إدارة الحرارة، وفرق درجة الحرارة بين سطح تبديد الحرارة والبيئة المحيطة.
(2) عند اختيار سطح تبديد الحرارة لتصميم الإدارة الحرارية لبطاريات الليثيوم أيون، يكون مخطط نقل الحرارة الجانبي لجسم البحث المختار أفضل من مخطط نقل الحرارة من السطح السفلي، ولكن بالنسبة للبطاريات المربعة ذات الأحجام المختلفة، من الضروري حساب سعة تبديد الحرارة لأسطح تبديد الحرارة المختلفة من أجل تحديد أفضل موقع للتبريد.
(3) تُستخدم الصيغة لحساب وتقييم قدرة تبديد الحرارة، وتُستخدم المحاكاة العددية للتحقق من أن النتائج متطابقة تمامًا، مما يشير إلى أن طريقة الحساب فعالة ويمكن استخدامها كمرجع عند تصميم الإدارة الحرارية للخلايا المربعة.نظام إدارة BTMS)
تاريخ النشر: 27 أبريل 2023
