Elektrikli araçlarda batarya soğutma plakasının nümerik analizler ile termal yönetimi
Thermal management of battery cooling plate in electric vehicles with numerical analysis
- Tez No: 899266
- Danışmanlar: PROF. DR. AKIN BURAK ETEMOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Mechanical Engineering, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Bursa Uludağ Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Enerji Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 81
Özet
Elektrikli araçlarda batarya sistemlerinin soğutulması, bataryaların performansı, ömrü ve güvenliği açısından büyük bir öneme sahiptir. Yüksek sıcaklıklar, bataryaların enerji verimliliğini düşürmekte ve kimyasal yapısına zarar vererek ömrünü kısaltmaktadır. Bu nedenle, bataryalar için soğutma sistemleri, enerji kayıplarını minimize etmek ve batarya ömrünü uzatmak için kritik bir role sahiptir. Bu çalışmada, elektrikli araçlarda kullanılan silindirik hücreli lityum-iyon batarya modülünün sıvı soğutmalı sisteminin iyileştirilmesine odaklanılmıştır. İlgili çalışmada, paralel akışa sahip soğutma plakaları için oluşturulan farklı tasarımlar ile batarya modülünün soğutma verimliliğinin artırılması amaçlanmıştır. Çalışmanın amacı, deşarj esnasında pil hücrelerinde oluşan ısının neden olduğu sıcaklık dağılımını iyileştirmektir. Bu doğrultuda, farklı tasarımların performansları Ansys Fluent ortamında incelenmiştir. Modül, 4 seri 20 paralel dizime sahip (4x20) 18650 tipli silindirik pillerden oluşup, simetrik bir yapıya sahiptir. Bu yüzden analizler esnasında simetrik sınır şartı tercih edilmiştir. Yeni tasarımlar, soğutma plakasına eklenen kanatçıklar vasıtasıyla oluşturulmuştur. Kanatçıkların silindirik hücrelerin arasına konumlandırılması ile temas yüzeyinin artması ve deşarj anında oluşan ısıyı emerek maksimum sıcaklığı düşürmesi beklenmektedir. Bu bağlamda kıyaslamaların yapılabilmesi adına; baz model, kanatçık eklenmiş tasarım-1, genişletilmiş kanatçığa sahip tasarım-2 ve zıt akışlı, genişletilmiş kanatçığa sahip tasarım-3 olmak üzere dört adet sistem tasarlanmıştır. Ayrıca, sistemde kullanılan etilen glikol-su karışımının oransal değişiminin ve farklı soğutma sıvısı giriş hızlarının (0,1 – 0,3 m/s) batarya üzerindeki termal etkileri incelenerek sıcaklık dağılımı ve basınç düşümü gibi çıktılar değerlendirilmiştir. Sonuçlar incelendiğinde, tasarım-3 modelinde maksimum sıcaklığın en düşük seviyeye geldiği, fakat birbirine temas eden batarya hücrelerinde sıcaklık dağılımının homojen olmadığı görülmüştür. Maksimum sıcaklık ve sıcaklık dağılımının homojenliği dikkate alındığında, tasarım-2 modelinin en ideal sonuçları verdiği belirlenmiştir.
Özet (Çeviri)
Cooling systems for battery systems in electric vehicles are crucial for battery performance, lifespan, and safety. High temperatures decrease battery efficiency and damage their chemical structure, reducing their lifespan. Therefore, cooling systems play a critical role in minimizing energy losses and extending battery life. This study focuses on improving the liquid-cooled system of a cylindrical cell lithium-ion battery module used in electric vehicles. Different designs of cooling plates with parallel flow were analyzed to enhance the cooling efficiency of the battery module. The goal is to improve the temperature distribution caused by heat generated during discharge. The module consists of (4x20) 18650-type cylindrical cells in a 4-series 20-parallel configuration with a symmetrical structure. Therefore, symmetric boundary conditions were used during the analyses. New designs were created by adding fins to the cooling plate. By positioning the fins between cylindrical cells, it is expected to increase the contact surface and reduce the maximum temperature by absorbing heat during discharge. Four systems were designed for comparison: the base model, design-1 with added fins, design-2 with extended fins, and design-3 with counterflow and extended fins. Additionally, the thermal effects of the proportional variation of the ethylene glycol-water mixture and different cooling fluid inlet velocities (0,1–0,3 m/s) were examined, and outputs such as temperature distribution and pressure drop were evaluated. Results showed that design-3 had the lowest maximum temperature, but temperature distribution was not homogeneous. Considering maximum temperature and temperature distribution homogeneity, design-2 provided the most ideal results.
Benzer Tezler
- 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
- Optimization and comparison of the liquid cooling plate usedin the electric vehicle battery with different coolants aswater and ethylene glycol-water solutions
Elektrikli araç bataryasında kullanılan sıvı soğutma plakasının su ve etilen glikol-su çözeltileri olarak farklı soğutucular ile optimizasyonu ve karşılaştırılması
ZEHRA NİHAN ALINCA
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Makine MühendisliğiBursa Uludağ ÜniversitesiMakine Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUHSİN KILIÇ
- Elektrikli taşıtlarda kullanılan batarya modülünün ısıl performansının sayısal ve deneysel araştırılması
Numerical and experimental investigation of the thermal performance of battery module used in electric vehicles
HARUN DURSUN
Doktora
Türkçe
2024
Otomotiv MühendisliğiBursa Uludağ ÜniversitesiOtomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÖKHAN SEVİLGEN
- Elektrikli araç bataryalarının farklı metodlarla soğutulmasının deneysel ve sayısal analizi
Experimental and numerical analysis of the cooling of electric vehicle batteries with different methods
ORHAN KALKAN
Doktora
Türkçe
2021
EnerjiAtatürk ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KADİR BAKIRCI
DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİ CELEN
- Elektrikli araçlarda kullanılan soğutma sistemlerinin enerji ve ekserji verimliliği açısından incelenmesi
Investigation of exergy and energy efficiency cooling system used in electric vehi̇cles thermal managment system
MESUT YENİGÜN
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Makine Mühendisliğiİstanbul Aydın ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZAFER UTLU