Thermal and hydraulic study of an immersion liquid cooling system for lithium-ion batteries in electric vehicles using computational fluid dynamics (CFD)

Abstract

El presente estudio analiza el comportamiento térmico e hidráulico de un sistema de enfriamiento por inmersión en líquidos dieléctricos para baterías de iones de litio (Li-ion) empleadas en vehículos eléctricos. Utilizando simulaciones de dinámica de fluidos computacional (CFD), se evaluó el rendimiento de diferentes fluidos entre ellos agua desionizada, aceite de silicona, aceite mineral, sunflower, AMP Cool AC-100 y E5-TM410 en una geometría basada en literatura previa. Se identificaron el número de Prandtl (Pr) y la difusividad térmica (α) como variables clave para determinar la eficiencia del enfriamiento, encontrando que fluidos con alta α y bajo Pr presentaron mejores desempeños. El agua desionizada y el fluido E5-TM410 destacaron como los más eficientes con temperaturas de 301.49 K (28.34 °C) y 302.35 K (29.2 °C), respectivamente, mientras que los aceites presentaron el peor rendimiento debido a sus altas viscosidades. En términos hidráulicos, la caída de presión varió desde 23.9 Pa (E5-TM410) hasta 5344375 Pa (aceite de silicona), destacando la relación directa entre alta viscosidad y pérdidas de carga. La simulación validó el modelo numérico y demostró temperaturas operativas seguras (293.15 – 313.15 K) en todos los casos. Sin embargo, se identificó una distribución térmica no uniforme, sugiriendo futuras investigaciones con modificaciones geométricas para mejorar la homogeneidad del enfriamiento.