Thermal analysis of electric vehicle battery cooled using nanofluid
Nanoakışkan kullanılarak soğutulan elektrikli araç bataryasının ısıl analizi
- Tez No: 860835
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ KEMAL BİLEN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Ankara Yıldırım Beyazıt Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 201
Özet
Bu doktora tezi, sıvı soğutmalı elektrikli bir araç batarya modülünün verimliliğini teorik ve sayısal incelemeler yoluyla araştırmaktadır. Teorik kısım, 18650 silindirik bir bataryadaki ısı üretimini; şarj durumu, deşarj oranı ve sıcaklık parametrelerine bağlı olarak hesaplamak için kapsamlı korelasyonlar geliştirmeyi içermektedir. Bu korelasyonlar; LCO, NMC, NCA ve LFP gibi en çok tercih edilen katot malzemelerine sahip lityum-iyon piller için test edilmiş ve LFP katot malzemesine sahip piller hariç literatürdeki deneysel sonuçlarla iyi bir uyum göstermiştir. Sayısal incelemelerin ilk bölümünde; soğutma kanal sayısının ve alüminyum blok temas genişliğinin etkisi incelenerek, soğutma sistemi optimize edilmiştir. Alüminyum blok temas genişliğinin hassas bir şekilde ayarlanmasının kritik etkisi, batarya modülü ısıl performansında optimizasyon ihtiyacını gösteren önemli bir çıkarım olarak vurgulanmıştır. Sayısal araştırmaların ikinci kısmında; en iyi soğutma konfigürasyonu kullanılarak farklı soğutma sıvılarının (su, etilen glikollü su, etilen glikollü su-nanoparçacıklar), farklı deşarj oranları (1C ve 2C) altında sistem üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Nanoakışkan çalışmaları; üç nanoparçacık türü (Al2O3, CuO ve TiO2), iki farklı boyut (30 nm ve 75 nm) ve dört farklı karışım oranı (%1, %2, %3 ve %4) ile zenginleştirilmiştir. İncelemeler neticesinde, nanoakışkanların ısıl bakımdan daha üstün, ancak basınç düşüşü bakımından mahsurlu olduğu bulunmuştur. Özellikle, %4 karışım oranına sahip 30 nm CuO nanoparçacıkları, batarya modülü sıcaklığını kontrol etmede, suyun kullanıldığı geleneksel soğutmaya benzemekle birlikte, artan basınç düşüşünü de göz önünde bulundurmak gerekir. Bulgular; nanoparçacıkların, daha küçük boyutta ya da daha yüksek oranlarda kullanılmasıyla, genel ısıl verimlilik arasında pozitif bir ilişki olduğunu ortaya koymaktadır. İyileştirmelere rağmen, geleneksel etilen glikollü suya kıyasla nanoakışkanlar, %11'lik bir iyileştirmenin ötesine geçememektedir.
Özet (Çeviri)
This doctoral thesis investigates the efficiency of a liquid-cooled electric vehicle battery module through theoretical and numerical analyses. The theoretical section involves the development of comprehensive correlations to calculate heat generation in a cylindrical 18650 battery based on state of charge, discharge rate, and temperature. These correlations have been tested on lithium-ion batteries with commonly preferred cathode materials such as LCO, NMC, NCA, showing good agreement with experimental results from literature except for batteries with LFP cathode material. In the first part of the numerical analyses, the cooling system is optimized by examining the effects of the number of cooling channels and the contact width of aluminum blocks. The critical impact of precise adjustments on the contact width of aluminum blocks is emphasized as a significant inference, highlighting the need for optimization in the thermal performance of the battery module. In the second part of the numerical investigations, the study explores the impact of different cooling fluids (water, EGW, EGW-nanoparticles) under different discharge rates (1C and 2C) using the best cooling configuration. Nanofluid studies are enriched with three nanoparticle kinds (Al2O3, CuO, and TiO2), two different sizes (30 nm and 75 nm), and four different mixing ratios (1%, 2%, 3%, and 4%). The studies conclude that nanofluids are thermally more advantageous but disadvantageous in view of pressure drop. Particularly, the nanofluid containing 30 nm CuO nanoparticles at a 4% mixing ratio exhibit temperature control similar to traditional water-based cooling system for battery modules but considering the increased pressure drop is essential. The findings suggest a positive correlation between using nanoparticles in smaller-sized or in higher fractions and overall thermal efficiency. Despite improvements, nanofluids cannot exceed an 11% improvement compared to traditional ethylene glycol-water.
Benzer Tezler
- 18650 Li-iyon batarya paketleri için yenilikçi soğutma tasarımı ve nanoakışkanların termal performans üzerindeki etkileri
Innovative cooling design for 18650 Li-ion battery packs and the effects of nanofluids on thermal performance
YUNUS EMRE HAMAMCI
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiKarabük ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA KARAGÖZ
- Ticari araçların yüksek akım güç devreleri içinpasif soğutucu tasarımı ve termal performans analizi
Passive cooler design and thermal performance analysis for high current power circuits of commercial vehicles
HAMDİ YILDIZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiSakarya ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ZEKERİYA PARLAK
- Improving the cooling efficiency of the water-cooling system for electric bus battery modules
Elektrı̇klı̇ otobüs akü modüllerı̇ ı̇çı̇n su soğutma sı̇stemı̇nı̇n soğutma verı̇mlı̇lı̇ğı̇nı̇n artırılması
NAZLICAN DÖNMEZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
EnerjiTürk Hava Kurumu ÜniversitesiMakine ve Uçak Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İPEK AYTAÇ
DOÇ. DR. ATA HANLAR
- Numerical and experimental investigation of liquid cooling of lithium ion batteries in an energy storage system
Bir enerji depolama sisteminde lityum iyon pillerin sıvı soğutulmasının sayısal ve deneysel incelenmesi
OYA KORKMAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Mühendislik BilimleriMarmara ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BARIŞ YILMAZ
- 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