Modelamiento numérico de un banco de baterías con enfriamiento por aire bajo diversas configuraciones geométricas

Abstract

Las baterías de iones de litio (LIBs) de alta densidad de potencia tienen innumerables aplicaciones en la industria. Se debe considerar cuidadosamente el comportamiento térmico al diseñar módulos de baterías de iones de litio para garantizar temperaturas de funcionamiento óptimas. En este trabajo, se utilizó el método de dinámica de fluidos computacional (CFD) para estudiar las características térmicas del módulo de batería 18650, que consta de 16 celdas. Las celdas están dispuestas en varias formas, como cuadrados, rombos y triángulos, y todos los patrones ocupan el mismo espacio longitudinal y diagonal. Las LIBs cilíndricas se descargaron a tasas de descarga de 1C, 2C, 3C y 4.6C a un flujo de aire de 1 m/s, 1.5 m/s y 2 m/s. Las simulaciones numéricas se implementaron utilizando el software ANSYS Fluent. Los resultados evidencian que existe un comportamiento térmico diferente en el módulo de batería asociado con el diseño del canal de flujo, la disposición de las celdas, la ubicación y velocidad del flujo de aire de entrada y salida. Además, se demostró que el rendimiento térmico de las baterías de iones de litio se ve afectado por la intensidad de la corriente de descarga, la tasa de generación de calor y el proceso de enfriamiento. Finalmente, el diseño 2, de disposición triangular, presentó mejores resultados de refrigeración, alcanzando una diferencia de temperatura entre la celda más fría y la más caliente de 1.9 °C a una tasa de un 1C con velocidad de 1 m/s, dejando al diseño 3 en un punto intermedio con 2 °C y como último al diseño 1 con 2.7 °C. Palabras claves: Batería de iones de litio, módulo de batería, ANSYS, corriente de descarga, resistencia interna, generación de calor. 2