Design optimization for minimizing the production cost of lithium ion batteries in electrified vehicles
Elektrikli araçlarda lityum iyon bataryalar üretim maliyetinin en aza indirilmesi için tasarım eniyilemesi
- Tez No: 826664
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ TUĞÇE YÜKSEL BEDİZ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Enerji Yönetimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Enerji Yönetimi ve Teknolojileri Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 61
Özet
Elektrikli araçlar için lityum-iyon bataryaların (LİB) yüksek maliyetinin, elektrikli araçların ticarileştirilmesinin önündeki en büyük engellerden biri olduğu kabul edilmiştir. Bu nedenle LİBlerin maliyetlerini düşürmek için birçok çalışma yapılmaktadır. Bu çalışmalarda doğruluğu yüksek batarya performans ve maliyet modelleri önem taşımaktadır. Bu çalışmanın amacı, belirli performans ve tasarım gereksinimleri altında üretim maliyetlerini en aza indirecek en iyi tasarımı elde etmektir. Bu amaçla Argonne Ulusal Laboratuvarı'nın batarya performansı ve maliyet modeline (BatPaC 5.0) dayalı bir batarya modeli geliştirilmiştir. Bir pil üretim tesisi için tüm üretim adımları ve bunların süreç varsayımları tanımlanarak LİB'nin üretim maliyetini modellemek için süreç tabanlı bir maliyet modeli kullanılmıştır. Pil maliyeti ve performansı üzerinde dikkate değer etkileri olan tasarım parametrelerinden karar değişkenlerini belirlenerek bir optimizasyon problemi tanımlanmıştır. Dört farklı araç tipi ve dört farklı katot kimyası için maliyet optimizasyonu yapılmıştır. NMC811 katotlarından yapılan pillerin dört kimya arasında en düşük maliyete sahip olduğu sonucuna varılmıştır. Ek olarak, yüksek menzilli elektirikli araçlar, kg başına maliyet cinsinden en düşük spesifik maliyetlere sahiptir. Üretim hacmindeki veya pil performansı gereksinimlerindeki değişikliklerin optimum tasarım ve üretim maliyetleri üzerindeki etkilerini araştırmak için çeşitli vaka çalışmaları yapılmıştır. Bu çalışmalar sonucunda üretim hacmini artırmanın üretim maliyetini düşüreceği görülmüştür. Katot kalınlığının arttırılması, maliyetlerin düşürülmesi için etkili bir önlemdir. 30 ve 15 dakikalık hızlı şarj, katot kalınlığını sınırlayacaktır.
Özet (Çeviri)
It has been recognized that the high cost of lithium-ion batteries (LIB) for electrified vehicles (EV) is one of the major obstacles to the commercialization of them. There is an ongoing effort to reduce the cost of LIBs both at the cell and the pack levels. This requires accurate cost and performance models of LIBs. Our goal in this study was to obtain the best design for specific performance and design requirements in order to minimize production costs. We develop our battery model based on the Argonne National Laboratory's battery performance and cost model (BatPaC 5.0). A process-based cost model was utilized to model the production cost of the LIB by defining all the production steps and their process assumptions for a battery manufacturing plant. An optimization problem is defined by identifying decision variables from design parameters that have remarkable effects on the battery cost and performance. Cost optimization was done for four different vehicle types and four cathode chemistries. It is concluded that batteries made of NMC811 cathodes have the lowest costs among the four chemistries. Additionally, high-range battery electric vehicles (BEV) have the lowest specific costs in \$ per kg. Several case studies were conducted to investigate the effects of changes in the production volume or battery performance requirements on the optimized design and production costs. As a result of these studies, we concluded that increasing the production volume will decrease the battery pack production cost. Increasing cathode thickness is an effective measure for decreasing costs. 30 and 15-minute fast charging will limit the cathode thickness.
Benzer Tezler
- Elektrikli araçlar için yüksek doğrulukla şarj kestirimi sunan batarya yönetim sistemi tasarımı
Design of battery managemenet system providing high accuracy state of charge estimation for electric vehicles
MUSTAFA MERT SERİNBAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET ONUR GÜLBAHÇE
- Design of a high-accuracy energy management system for electric vehicles and V2G approaches considering battery aging
Elektrikli araçlar için yüksek doğruluklu enerji yönetim sistemi tasarımı ve batarya yaşlanmasını dikkate alan V2G yaklaşımları
ARDA AKYILDIZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET ONUR GÜLBAHÇE
DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA ALPARSLAN ZEHİR
- Bir dişli pompa grubunun imalatında eşzamanlı mühendislik ve grup teknolojisi
The carrying out of group technology in the concurrent engineering concept on a factory which is manufacturing gear pomp
ALPER ASLAN
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TEOMAN KURTAY
- A decision model for customer order prioritization and facility layout design, a case study for structural steel production in construction industry
Müşteri siparişi önceliklendirilmesi ve tesis yerleşim tasarımı için karar modeli, inşaat sektöründe yapısal çelik üretimi için bir uygulama
BURCU NALBANTOĞLU
Doktora
İngilizce
2018
Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YUSUF İLKER TOPCU
- Sürekli mıknatıslı senkron motorda algılayıcısız kontrol yöntemini geliştirmeye katkılar
Contributions to improve the method of sensorless control of PMSM
GÖKHAN ALTINTAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. DERYA AHMET KOCABAŞ