Analysis of battery thermal management system in electric vehicles
Elektrikli araçlarda batarya termal yönetim sistemi analizi
- Tez No: 679525
- Danışmanlar: DOÇ. DR. GÖKHAN TÜCCAR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Adana Alparslan Türkeş Bilim Ve Teknoloji Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 116
Özet
Fosil yakıtların hızla tükenmesi ve temiz enerji kavramının yaygın olarak kullanılmaya başlanması ile birlikte elektrikli araçlar içten yanmalı motora sahip araçların yerini almaktadır. Elektrikli araçlar üzerine yapılan araştırmalar, fiyat ve güvenilirlik açısından içten yanmalı motorlara alternatif de içermektedir. Devletler enerji politikalarını değiştirerek temiz enerji üzerine somut adımlar atmaya başladılar. Bu kapsamda içten yanmalı araçların kullanımını sınırlandırma, yakın gelecekte ise tamamen sonlandırma planları yapmaktadırlar. Elektrikli araçların istenilen seviyeye gelebilmesi için aşması gereken sorunlar vardır. Bu sorunlar az menzil ve yüksek batarya maliyeti olarak öne çıkmaktadır. Elektrikli araçların menzillerini ve tercih edilebilirliklerini etkileyen en önemli parametre batarya teknolojisidir. Uygun maliyetli ve uzun ömürlü akü sistemlerini piyasaya süren kuruluşların, geleceğin otomotiv endüstrisine hakim olmak için güçlü bir konumda olacağı kaçınılmaz bir gerçektir. Elektrikli araçlar için geliştirilen batarya sistemlerindeki en büyük endişelerden biri ise bataryalardaki ısı yönetimidir. Özellikle, lityum iyon (li-iyon) pillerin hücrelerindeki sıcaklık, tüm pil paketi içinde sınırlı bir değişiklik derecesine (° C) izin verir. Aşırı ısınma ve dengesiz sıcaklık dağılımı, hızlı hücre arızasına ve pil çevrim ömrünün kısalmasına neden olur. Ayrıca bu durumlarda sıcaklık kontrolsüz bir şekilde arttığı için bataryada oluşabilecek feci hasarlar yangın ve patlamaya neden olabilir. Bu sorunların çözümü batarya teknolojilerindeki gelişmelerle doğru orantılıdır. Elektrikli araçların menzilleri batarya kapasiteleri ile doğrudan ilişkili olup, bataryaların yüksek güç yoğunluğuna, yüksek enerji yoğunluğuna sahip olması, hızlı şarj-deşarj edilebilmesi ve uzun ömre sahip olması istenir. Tüm bu nedenlerden dolayı, elektrikli araç akü paketleri, akü sistemlerindeki ısıyı gidermek ve akü paketi/modül/hücre boyunca eşit sıcaklık sağlamak için kapsamlı soğutma sistemleri içerir. Dolayısıyla günümüz elektrikli araç araştırma geliştirme çalışmaları bu konu üzerine odaklanmıştır. Bu tezde, elektrikli araçların batarya sistemleri süper elips geometriye göre 3D katı modelleme programı ile parametrik olarak tasarlanmış ve batarya sistemlerinin ısıl yönetimi gerçekleştirilmiştir. Isı yönetimi çalışmaları ANSYS CFX'te yapılmıştır. Belirlenen farklı parametrelerin batarya hücre sıcaklığı üzerindeki etkisi incelenmiştir. MATLAB ile, belirlenen farklı parametrelerle D-Optimal deney modeli oluşturulmuştur. Yine MATLAB'te kısıtlı fonksiyonlu lokal optimizasyon ve genetik algoritma optimizasyonu olarak iki alternatifli optimizasyonla minimize çalışması yapılmıştır. Elde edilen optimum değerler ve bulunan maksimum sıcaklık, CFX'te yeniden analiz edilmiş ve sağlaması yapılmıştır. Buna göre yapılan analizler ve optimizasyon sonucunda farklı parametrelerin ve geometrilerin ısıl performansa etkisi araştırılmıştır.
Özet (Çeviri)
With the rapid depletion of fossil fuels and the widespread use of the concept of clean energy, electric vehicles are replacing vehicles with internal combustion engines. Research on electric vehicles also includes alternatives to internal combustion engines in terms of price and reliability. States have started to take concrete steps on clean energy by changing their energy policies. In this context, they are making plans to limit the use of internal combustion vehicles and to terminate them completely in the near future. There are problems that need to be overcome in order for electric vehicles to reach the desired level. These problems stand out as low range and high battery cost. The most important parameter affecting the range and preferability of electric vehicles is battery technology. It is an inevitable fact that organizations that launch cost-effective and long-lasting battery systems will be in a strong position to dominate the automotive industry of the future. One of the biggest concerns in battery systems developed for electric vehicles is heat management in batteries. In particular, the temperature in the cells of lithium-ion (li-ion) batteries allows a limited degree of variation (°C) within the entire battery pack. Overheating and uneven temperature distribution cause rapid cell failure and shortened battery cycle life. In addition, in these cases, as the temperature rises uncontrollably, catastrophic damage to the battery may cause fire and explosion. The solution of these problems is directly proportional to the developments in battery technologies. The range of electric vehicles is directly related to the battery capacities, and it is desirable for the batteries to have high power density, high energy density, fast charge-discharge and long life. For all these reasons, electric vehicle battery packs include comprehensive cooling systems to remove heat from the battery systems and maintain an even temperature throughout the battery pack/module/cell. Therefore, today's electric vehicle research and development studies focused on this issue. In this study, battery systems of electric vehicles are parametrically designed with 3D solid modeling program according to super ellipse geometry and thermal management of battery systems is realized. Heat management studies are done in ANSYS CFX. The effect of different determined parameters on the battery cell temperature is investigated. With MATLAB, D-Optimal experimental design is created with different parameters determined. Again, in MATLAB, a two-alternative optimization study is carried out as constraint function local optimization and genetic algorithm optimization. The obtained optimum values and the maximum temperature are reanalyzed and verified in CFX. As a result of the conducted analyzes and optimization, the effect of different parameters and geometries on thermal performance is investigated.
Benzer Tezler
- Soğutucu plaka kullanılan bir araç bataryası ısıl yönetim sisteminin modellenmesi ve analizi
Modeling and analysis of a vehicle battery thermal management system with cold plate
KADİR OĞUZHAN ÜNÜŞTÜ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Mühendislik BilimleriDokuz Eylül ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA SERHAN KÜÇÜKA
- Development of centrifugal pump for electric vehicle battery thermal management system
Elektrikli araç batarya termal yönetim sistemi için santrifüj pompa geliştirilmesi
UĞUR CAN KARAKAYA
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. LEVENT ALİ KAVURMACIOĞLU
- Elektrikli araçlar için lityum iyon batarya paketinin termal yönetimi
Thermal management of lithium-ion battery pack for electric vehicles
ZİYAETTİN ATILGAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
EnerjiSakarya ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CEMİL YİĞİT
- Li-iyon batarya modelinin en uygunlaştırılması ve batarya bozunumunun incelenmesine katkılar
Contributions to optimization of Li-ion battery models and analysis of battery degradation
HAKAN İNCESU
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ DERYA AHMET KOCABAŞ
- Bataryaların ısıl analizlerinin yapılması ve ısıl yönetim sistemleri için soğutma yöntemlerinin incelenmesi
Thermal analysis of batteries and investigation of cooling methods for thermal management systems
CEYDA BERBER
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiMersin ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALKAN ALKAYA