Investigation of cooling designs to increase the lifetime of batteries in electric vehicles during fast charging
Hızlı şarj durumunda elektrikli araçlardaki pil ömrünün uzatılması için soğutma tasarımlarının araştırılması
- Tez No: 700186
- Danışmanlar: PROF. DR. ERDAL ÇETKİN, PROF. DR. SYLVIE LORENTE
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Fosil yakıtlardan elektrik temelli ulaşıma geçiş eğilimin bir nedeni, elektrikli araçlarda zararlı salınımların olmamasıdır. Dahası, elektrik rüzgar ve güneş gibi yenilenebilir enerji kaynaklarından üretildiği taktirde, seyahat tamamıyla karbon salınımı olmadan gerçekleştirilebilir. Ancak, bu araçların şarj sürelerinin uzunluğu ve menzilin istenilen seviyede olmaması gibi bazı eksiklikleri bulunmaktadır. Bu problemleri ortadan kaldırmak için batarya hücreleri yüksek C-oranlarında şarj edilebilir ki bu durum batarya kapasite kaybını ve eskimesini hızlandırır. Bu durumun nedenleri arasında homojen olmayan sıcaklık dağılımı ve uygun çalışma sıcaklık değerlerinin aşılması yer alır. Ek olarak, aşılan sıcaklık seviyeleri degradasyonu ve ısıl kaçak risklerini de tetiklemektedir. Bu tez, batarya paketinde eş sıcaklık dağılımı ve etkin ısıl kontrolün iletim (soğuk plaka) ve taşınım (sıvı-damarlı kanallar) vasıtasıyla nasıl başarılacağını ele alır. Ek olarak, önerilen elektrikli araç batarya paketi sistemlerinin enerji tüketimleri de dikkate alınmıştır. İlk olarak, Li-iyon bataryalar hücre halinde incelenmiştir. Li-iyon bataryaların ısıl ve elektriksel karakteristiklerinin eldesi için deneysel, analitik ve sayısal yöntemlerden faydalanılmıştır. Deneysel ve analitik sonuçlar sayısal modelleri doğrulamak adına simulasyon sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Sonrasında, akış kanallarının formunu tahmin edebilmek için tasarımlara yapısal gelişim teorisi yaklaşımı uygulanmıştır. Daha az maliyet, uygulama kolaylığı ve düşük enerji tüketimi gibi üstünlüklere sahip önerilen ısıl yönetim teknikleri, her tip elektrikli araç batarya paketine ufak değişikliklerle uygulanabilmektedir.
Özet (Çeviri)
Trend of transition from fossil fuel to electrification in transportation is a reason of they do not emit any harmful emissions. Moreover, there would be no carbon emission per km travelled if the electricity is generated from renewable sources such as wind and solar. However, there are some drawbacks of these vehicles such as charging time being very long and the range of vehicles are not in the desired level. In order to eliminate these problems, battery cells are being charged in relatively high C-rates which accelerate the ageing of batteries and capacity fade. One reason for that is nonhomogeneous temperature distribution and temperature exceeding optimal operating temperatures. Furthermore, the excess temperature levels trigger degradation and thermal runaway risks. The thesis covers how the battery pack temperature uniformity and strict thermal control can be achieved with heat transfer enhancement by conduction (cold plates) and convection (liquid-vascular channels) mechanisms. In addition, energy consumption of the proposed electric vehicle battery pack systems was taken into account. First, the Li-ion battery cells were investigated individually. Experimental, analytical, and numerical methods were utilized to obtain realistic thermal and electrical characteristics of the Li-ion batteries. The experimental and analytical results were compared with the simulations to validate the numerical models. Then, Constructal theory was applied to the cooling designs to predict the configuration of the flow channels. The proposed thermal management techniques, which have low cost, easy application and lower energy consumption superiorities, can be implemented all types of electric vehicle battery packs with minor changes.
Benzer Tezler
- Elektrikli Araçlarda Lityum İyon Batarya (NMC 811) Paketinin Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği Kullanılarak Termal Yönetiminin Sayısal Olarak İncelenmesi
Numerical Investigation of Thermal Management of Lithium-Ion Battery (NMC 811) Pack In Electric Vehicles Using Computational Fluid Dynamics
AMAR HASSAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Otomotiv MühendisliğiFırat ÜniversitesiOtomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YASİN VAROL
- Üç faz asenkron motorlarda soğutma yönteminin ısıl başarıma etkilerinin sonlu elemanlar yöntemi ile tespitine katkılar
Contributions to the determination of the effects of cooling methods on the thermal performance of three-phase induction motors using finite element method
HASAN KAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DERYA AHMET KOCABAŞ
- Transformatör çekirdeklerinde kullanılan cam elyaf takviyeli polyesterimid reçine kompozitin mekanik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the mechanical properties of glass fiber reinforced polyesterimide resin composites for transformer core applications
BARIŞ İŞLER
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ İBRAHİM MEHMET PALABIYIK
- Ultrasonik emülsiyon sistmeleri için sürücü tasarımı ve ürün çıktılarının çeşitli parametrelere göre incelenmesi
Driver design for ultrasonic emulsion systems and investigation of product output according to various parameters
ERTUĞRUL YAMAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ METİN HÜNER
- Deniz tipi karbon tutum sistemlerinin incelenmesi
Investigation of marine type carbon capture system
ENGİN GÜLER
Doktora
Türkçe
2025
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELMA ERGİN