شبيه سازي الكتروشيميايي- حرارتي باتري‌ ليتيوم آهن فسفات براي كاربرد خودروي الكتريكي

Electrochemical-thermal simulation of lithium Iron Phosphate battery for electric vehicle application

امروزه، توسعه صنعت خودروسازي و افزايش تعداد خودرو ها سبب آلودگي هوا و نيز كاهش منابع سوخت هاي فسيلي شده است. يكي از راه حل هاي ارائه شده در اين خصوص، خودروهاي الكتريكي يا برقي مي باشند. باتري هاي ليتيوم يوني مي توانند به عنوان يك منبع ذخيره انرژي جديد و قابل شارژ در خودرو هاي الكتريكي بكار روند. يكي از جديدترين باتري هاي ليتيوم يوني، باتري هاي ليتيوم آهن فسفات مي باشند. اين باتري ها در مقايسه با باتري هاي ليتيوم يون ديگر، چگالي انرژي پايين تري دارند اما داراي عمر طولاني تر ، پايداري شيميايي و دمايي بهتر ، امنيت بيشتر و غيره مي باشند. در اين مقاله رفتار الكتروشيميايي-حرارتي يك استك از باتري ليتيوم آهن فسفات شامل 48 سلول موازي در حين چرخه تخليه با استفاده از ديناميك سيالات محاسباتي سه بعدي شبيه سازي شده است. پارامتر هاي محاسبه شده مورد نياز براي مدل سازي و همچنين روش محاسبه آن ها بيان شده است. نتايج شبيه سازي با نتايج آزمايشگاهي ولتاژ و دما اعتبارسنجي شده و تطبيق خوبي را نشان مي دهد. مولفه هاي باتري از جمله حرارت توليد شده، توزيع دما، توزيع پتانسيل و جريان و سطح شارژ حين چرخه تخليه محاسبه شده است. نتايج نشان مي دهد كه ميزان چگالي جريان و دماي باتري در نزديكي پايانه هاي باتري بيشتر از ساير نواحي و ميزان سطح شارژ باتري در نزديكي پايانه ها كمتر از ساير نواحي باتري مي باشد. همچنين نتايج نشان مي دهد كه افزايش كل توليد حرارت باتري، در ابتدا و انتهاي چرخه تخليه سريع تر صورت مي گيرد.

Nowadays, automotive industry development and the increase in number of automobiles result in air pollution and reduction in fossil fuel sources. Electric vehicles are a solution for these problems. Lithium-ion batteries which are new and rechargeable sources, can be used in electric vehicles. One of the newest Lithium-ion batteries are Lithium Iron Phosphate batteries. These batteries, In comparison with other Lithium ion batteries, have lower energy density but on the other hand, they have longer cycle life, more thermal and chemical stability, more safety, Etc. In this paper, the electrochemical-thermal behavior of a stack of lithium iron phosphate battery containing 48 parallel cells during the discharge cycle has been simulated with three-dimensional CFD. Calculated parameters and also the method of calculation are stated. The simulation results are validated with the experimental results of voltage and temperature and show a good agreement. Battery parameters such as heat generation, temperature distribution, potential and current distribution, and state of charge during the discharge cycle are calculated. The results show that the current density and temperature of the battery near the battery tabs are higher than other areas and the amount of battery Soc near the tabs is less than other areas of the battery. The results also show that the total battery heat generation, occurs faster at the beginning and end of the discharge cycle.