การออกแบบและพัฒนาช่องทางการไหลของของเหลวในระบบจัดการความร้อนสำหรับแบตเตอรี่ในยานยนต์ไฟฟ้า

จากปัญหาด้านมลพิษทางอากาศในปัจจุบันและกระแสด้านการเปลี่ยนแปลงของสภาพอากาศโลก จึงปฏิเสธไม่ได้ว่ายานพาหนะที่อาศัยพลังงานในการขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์สันดาปภายใน ถือเป็นสาเหตุของปัญหาด้านมลพิษทางอากาศและปัญหาการปลดปล่อยก๊าซเรือนกระจก ด้วยเหตุปัจจัยดังกล่าว ส่งผลให้ยานยนต์ไฟฟ้ารวมถึงแบตเตอรี่ซึ่งเป็นระบบกักเก็บพลังงานที่สำคัญของยานยนต์ไฟฟ้าจึงถูกให้ความสำคัญ แบตเตอรี่เมื่อมีการอัดหรือคายประจุไฟฟ้าจะมีความร้อนที่เกิดขึ้นที่เซลล์แบตเตอรี่ ซึ่งหากความร้อนที่เกิดขึ้นไม่ได้รับการจัดการอย่างเหมาะสม จะส่งผลเสียต่อการทำงานของแบตเตอรี่โดยตรง ทั้งทางด้านประสิทธิภาพพลังงาน อายุการใช้งานของแบตเตอรี่ รวมถึงอาจทำให้อุณหภูมิของเซลล์แบตเตอรี่สูงขึ้นจนเป็นสาเหตุของการเกิดความร้อนแบบกู่ไม่กลับ (Thermal Runaway) และนำไปสู่การเกิดระเบิดของแบตเตอรี่จนไม่สามารถควบคุมได้

ดังนั้นการพัฒนาระบบระบายความร้อนที่สามารถควบคุมอุณหภูมิของแบตเตอรี่ให้อยู่ในช่วงที่เหมาะสมต่อการทำงาน จึงมีความสำคัญ แต่อย่างไรก็ระบบจัดการความร้อนที่มีประสิทธิภาพสูงในการระบายความร้อนที่เกิดขึ้นในแบตเตอรี่นั้น ต้องแลกมาด้วยโครงสร้าง ส่วนประกอบ น้ำหนักที่เพิ่มขึ้น รวมถึงมีการใช้พลังงานเพื่อขับเคลื่อนระบบ เช่นในระบบจัดการความร้อนด้วยของเหลในแพคแบตเตอรี่ (Liquid Cooling-based Battery Thermal Management System)  ซึ่งส่งผลเสียต่อน้ำหนักรถที่เพิ่มขึ้น ระยะทางขับเคลื่อนที่ได้น้อยลง เนื่องจากมีกำลังไฟฟ้าส่วนหนึ่งที่ถูกใช้เพื่อจ่ายให้ระบบระบายความร้อนที่เพิ่มเติมขึ้นมา

ดังนั้น โครงการออกแบบและพัฒนาช่องทางการไหลของของเหลวในระบบจัดการความร้อนสำหรับแบตเตอรี่ในยานยนต์ไฟฟ้า จะเน้นการออกแบบรูปแบบช่องทางการไหลแบบมินิแชลแนลที่จะไปใช้ในระบบจัดการความร้อนด้วยของเหลวในแบตเตอรี่ โดยหลักการของมินิแชลแนลนั้นถูกพัฒนาจากระบบระบายความร้อนในอุปกรณ์อิเล็คทรอนิคที่มีค่าฟลักซ์ความร้อนที่สูงภายใต้พื้นที่ใช้งานขนาดเล็ก ทำให้ระบบระบายความร้อนดังกล่าวจำเป็นต้องมีประสิทธิภาพในการถ่ายเทความร้อนที่สูงมากเพื่อให้สามารถจัดการความร้อนที่เกิดขึ้นได้ แต่อย่างไรก็ตามปัญหาสำคัญของมินิแชลแนลคือความดันสูญเสียที่เกิดขึ้นเมื่อของเหลวไหลผ่านช่องทางที่การไหลที่มีขนาดเล็ก ซึ่งจะส่งผลกระทบต่อการสิ้นเปลืองพลังงานของระบบส่งกำลังของของเหลว เช่น ปั้ม เป็นต้น และส่งผลกระทบโดยตรงหากปั้มมีความต้องการใช้กำลังงานสูงขึ้นสำหรับส่งของเหลวเพื่อระบายความร้อนในแพคแบตเตอรี่ในยานยนต์ไฟฟ้า ทำให้พลังงานที่แบตเตอรี่จะนำไปใช้ในการขับเคลื่อนยานยนต์ไฟฟ้านั้นลดลง 

ในงานวิจัยนี้ ช่องทางการไหลแบบมินิแชลแนลที่ถูกออกแบบมาเพื่อใช้งานในระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวในแบตเตอรี่ยานยนต์ไฟฟ้าจะได้รับการออกแบบ โดยมีการนำหลักการ Optimization technique รวมถึง Machine Learning มาประยุกต์ใช้ในงานวิจัย เพื่อหาค่าพารามิเตอร์ที่เหมาะสมในการออกแบบช่องทางการไหลแบบมินิแชลแนล ที่ได้รับการปรับปรุงประสิทธิภาพการระบายความร้อนให้ดียิ่งขึ้น และสามารถลดความดันตกคร่อมที่เกิดขึ้นอันเนื่องมาจากการไหลในช่องขนาดเล็กให้มีค่าต่ำทึ่สุด ทั้งนี้ เป้าหมายสูงสุดของโครงการ คือการนำเสนอต้นแบบที่เหมาะสมของระบบจัดการด้านความร้อนของแบตเตอรี่ด้วยของเหลวภายใต้รูปแบบการไหลผ่านมินิแชลแนล ซึ่งจะส่งผลให้แบตเตอรี่มีประสิทธิภาพการใช้พลังงานเพิ่มขึ้น อีกทั้งเป็นระบบระบายความร้อนที่สามารถออกแบบและผลิตขึ้นได้เองภายในประเทศ เพื่อลดการพี่งพาการนำเข้าระบบดังกล่าวจากต่างประเทศ เป็นการยกศักยภาพในการแข่งขันของอุตสาหกรรมยานยนต์ไฟฟ้าในประเทศไทย