Lityum iyon pillerin düşük sıcaklıklardaki ısıl davranışı ve performansı
Thermal behavior and performance of lithium-ion batteries at low temperatures
- Tez No: 840119
- Danışmanlar: PROF. DR. MURAT KÖKSAL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 89
Özet
Bu tezde bir ticari lithum iyon pillerin düşük sıcaklıklarda performansı ve ısıl davranışı deneysel olarak incelenmiştir. Özdeş piller üç farklı sıcaklık ortamında 0.5C ve 1.0C şarj ve deşarja tabii tutulmuştur. Ayrıca, düşük sıcaklık koşullarını benzetimlemek için şarj-deşarj deneylerinin yanısıra kurum içi bir 1—B elektrokimyasal-3-B termal birleşik model kullanılmıştır. Bir pil test sistemi ile yapılan deneyler, sıcaklık düştükçe lityum iyon pillerin kapasitesi düşmekte ve pilin içindeki ısı üretimi artmakta olduğunu gösterdi. Model, oda sıcaklığında batarya voltajı ve yüzey sıcaklığını tahmin edebildi. Ancak, çalışma sıcaklığı azaldıkça, model ve deney sonuçları arasındaki hata artmaya başladı. Düşük sıcaklıklarda, lityum-iyon bataryaların elektrokimyasal özellikleri önemli ölçüde değişir. Sıcaklığa bağlı parametrelerin değişimlerinin etkilerini yakalayabilmek için -20°C'deki 1C deşarj deneyi verisi ile model tahminlerini karşılaştırarak bir duyarlılık analizi yapıldı. Duyarlılık analizi, sıcaklığı azaltmanın özellikle elektrolit taşıma özellikleri üzerinde kötü bir etkiye sahip olduğunu gösterdi. Elektrolit difüzyon katsayısının, elektrolit taşıma sayısının, SEI film direncinin ve pilin özgül ısı kapasitesinin değişimi, model tarafından tahmin edilen batarya voltajı ve sıcaklığı üzerindeki en büyük etkiye sahip olduğu, ancak elektrotların difüzyon katsayısı, elektrolitin iyonik iletim katsayısı ve reaksiyon hızı katsayılarının daha az etkisinin olduğu gösterilmiştir. Sonuçlar aynı zamanda model parametrelerinin sıcaklığa bağlı olarak karakterizasyonunun daha doğru tahmin almak için kritik olduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
In this thesis, the performance and thermal behavior of a commercial lithium-ion battery were investigated experimentally at low temperatures. Identical batteries are subjected to 0.5C and 1.0C charge-discharge at three different temperature settings (25 C, 4 C and -20 C). Furthermore, an in-house 1-D electrochemical-3-D thermal coupled model was utilized to simulate the low temperature conditions along with the charge-discharge tests. Experiments conducted with a battery test system show that as the temperature decreases, the available capacity of the lithium-ion batteries decreases, and heat generation inside the battery increases. The model is able to predict battery voltage and surface temperature at room temperature. However, as the operating temperature gets lower, the discrepancy between the model and the experimental data begins to increase. At low temperatures, the electrochemical properties of the lithium-ion batteries change drastically. To capture the effects of varying temperature dependent parameters, a sensitivity analysis was performed comparing the 1C experimental discharge data at -20°C with the model predictions. The sensitivity analysis indicates that decreasing temperature has negative effect especially on the electrolyte transport properties. It is demonstrated that while changing the electrolyte diffusion coefficient, electrolyte transport number, SEI film resistance, and the specific heat capacity of the battery have the largest impact on the battery voltage and temperature predicted by the model, electrode diffusion coefficient, electrolyte ionic conduction coefficient, and reaction rate constants have less impact. Results also show that the temperature dependent characterization of the model parameters is crucial for more accurate predictions.
Benzer Tezler
- Design of boron doped (nickel manganese cobalt containing) NMC 811 cathode active materials
Bor katkılanmış (nikel mangan kobalt içeren) NMC811 katot aktif malzemelerinin tasarımı
İBRAHİM CAN TOPAKTAŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZGÜL KELEŞ
- Numerical analysis and experimental verification of industrial lithium-ion batteries
Endüstriyel lityum-iyon pillerin sayısal analizi ve deneysel doğrulaması
RECEP UYSAL
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Makine MühendisliğiMarmara ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BARIŞ YILMAZ
- Designing a thermal management system for lithium-ion batterypacks used in electrical vehicles
Elektrikli araçlarda kullanılan lityum iyon akü paketleri için termal yönetim sistemi tasarımı
MOHAMMAD ALIPOUR
Doktora
İngilizce
2019
EnerjiKoç ÜniversitesiKimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEDA KIZILEL
- Poly(vinylidene fluoride) based graft copolymer
Poliviniliden florür temelli aşı kopolimeri
AHMET YASİR DEMİR
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. METİN HAYRİ ACAR
- Lityum iyon pillerde elektrolit olarak LiBF4 kullanımının incelenmesi
Investigating the using of LiBF4 electrolytes for lithium ion batteries
ŞEYMA KARAAL
