Thermal behavior of lithium-ion batteries under normal and abuse operating conditions
Lityum iyon pillerin olağan ve olağan dışı çalışma şartlarındaki ısıl davranışı
- Tez No: 798759
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ÖZGÜR EKİCİ, PROF. DR. MURAT KÖKSAL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu doktora çalışması Lityum-iyon pillerinin, normal ve normal olmayan çalışma koşulları altındaki elektriksel ve ısıl davranışlarını incelemektedir. Çalışmada hem deneysel yöntemlerle, hem de modelleme yöntemleriyle sonuçlar elde edilmiştir. Deneysel çalışmalar kapsamında ilk olarak standart batarya testleri yapılmıştır. Özgül ısı, iç direnç ve açık devre gerilimi gibi bazı elektriksel ve ısıl parametreleri elde etmek amacıyla bir batarya test düzeneğinden faydalanılmıştır. Bu test düzeneği aynı zamanda Lityum-iyon pillerin çeşitli akımlarda ve çalışma sıcaklıklarındaki şarj ve deşarj işlemlerini gerçekleştirmek için kullanılmıştır. Bunun yanı sıra, hem tamamen dolu, hem de tamamen boş pillerin yüksek sıcaklıklardaki davranışını gözlemlemek amacıyla fırın testleri yapılmıştır. Bu çalışmalara ek olarak, Lityum-iyon pillerin yüksek sıcaklıklardaki elektriksel davranışı incelenmiştir. Son olarak, çeşitli doluluk oranlarındaki Lityum-iyon pillerin yüksek çalışma sıcaklığı altındaki ısıl sürüklenme davranışını incelemek için film ısıtıcı testleri gerçekleştirilmiştir. Modelleme çalışmalarında ise ilk olarak iki boyutlu yığık bir model, silindirik bir Lityum-iyon pilin farklı çalışma sıcaklıkları ve deşarj koşullarındaki elektriksel ve termal özelliklerini tahmin etmek üzere, sabit iç direnç ve değişken iç direnç yaklaşımları kullanılarak geliştirilmiştir. Sonrasında ise bir boyutlu elektrokimyasal bir model ile üç boyutlu ısıl modelin birlikte kullanıldığı bir benzetimde, Lityum-iyon pil hücresinin elektriksel ve ısıl davranışları tahmin edilmiştir. Her iki model de COMSOL programı yardımıyla geliştirilmiş ve uygulanmıştır. Elektrokimyasal-ısıl model, çok sayıda geometrik, elektro-kimyasal ve ısıl parametreyi içinde barındırır. Bu nedenle, uygun değer model parametrelerini elde etmek amacıyla kapsamlı bir duyarlılık analizi yapılmıştır. Bu analiz aynı zamanda deşarj işlemleri sırasında hücrenin elektriksel ve termal davranışını önemli ölçüde değiştirebilecek parametrelerin de gözlemlenmesini sağlamıştır. Çalışmanın son kısmında, elektrokimyasal-ısıl model, Lityum-iyon pillerin normal olmayan koşullardaki davranışını incelemek amacıyla güncellenmiş ve hücredeki ısı üretimini artıran dört ana ekzotermik reaksiyon, Arrhenius tipi sıcaklığa bağlı denklemler kullanarak modele eklenmiştir.
Özet (Çeviri)
This doctoral thesis investigates the electrical and thermal behaviors of Li-ion battery cells during the normal and abnormal conditions using the experimental and modeling methods. First, various standard battery tests were conducted in the study in order to define the related electrical and thermal parameters, such as specific heat, density, and open-circuit voltage. Then both galvanostatic charge and discharge experiments were conducted at various C-rates under various operating temperatures. Besides, thermal abuse tests were performed in an oven at different operating temperatures for both completely charged and discharged cells. In addition, the electrical behavior of the cell was observed at elevated ambient temperatures. Lastly, film heater experiments were conducted to investigate the thermal runaway behavior of the Li-ion cells at various SoC values under high operating temperatures. In the modeling part, first, an axisymmetric 2-D Lumped model is developed using constant and variable internal resistance approaches to estimate the cylindrical Li-ion battery's thermal and electrical performances during various discharge rates and operating temperatures. Then, a 1-D electrochemical and 3-D thermal model was developed in order to predict the voltage and temperature variations of the Li-ion battery. Both models were developed and implemented within the framework of COMSOL. The developed model includes a large number of geometrical, electrochemical, and thermal parameters. Therefore, a comprehensive sensitivity analysis was done to obtain the optimum model input parameters. The sensitivity analysis also presented the important parameters that can significantly alter the cell's thermal and electrical performance during the discharging processes. Lastly, four main exothermic reactions were implemented into the electrochemical model so that the total heat generation during these exothermic reactions was evaluated using the Arrhenius-type temperature-dependent equations.
Benzer Tezler
- Nükleer rezonasta moleküler yapıların incelenmesi (yapısal faz geçiş kuramları üzerine bir inceleme)
Başlık çevirisi yok
ABDURRAHMAN ANDİÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
1986
Fizik ve Fizik MühendisliğiUludağ ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYTAÇ YALÇINER
- Çeltik kabuklarının yalıtım malzemesi olarak kullanılması
Başlık çevirisi yok
B.CİHAN ÇELEBİ
Yüksek Lisans
Türkçe
1986
Makine MühendisliğiUludağ ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET KIRBIYIK
- Nar konsantresinin dondurularak ve kimyasal yöntemlerle saklanması sırasında meydana gelen değişmeler üzerine bir araştırma
Başlık çevirisi yok
İLHAN BODUR
Yüksek Lisans
Türkçe
1985
Gıda MühendisliğiEge ÜniversitesiTarım Ürünleri Teknolojisi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YURDAGEL ÜNAL
- Bornova (İzmir) koşullarında çeşitli kültür bitkilerinde zarar yapan Dolycoris baccarum (L.) (Heteroptera: Pentatomidae)'un biyolojisi ve ekolojisi üzerinde araştırmalar
Investigations on the biology and ecology of Dolycoris baccarum (L.) (Heteroptera: Pentatomidae) which attacks to various plants of economic importance at Bornova (İzmir)
YUSUF KARSAVURAN
- Mevcut kaplıca yerleşmelerinin iyileştirilmesini etkileyen faktörler ve Yeni Kaplıca örneği
Adjustment principles of spas in Turkey, Yeni Kaplıca being the sample
DOĞAN ÜMİT YÜCEL