Li-ion kese tipi batarya hücresine ait ısıl ve elektriksel özelliklerin deneysel incelenmesi
The experimental investigation of thermal and electrical properties of a Li-ion pouch battery cell
- Tez No: 915389
- Danışmanlar: PROF. DR. GÖKHAN SEVİLGEN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Otomotiv Mühendisliği, Energy, Automotive Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Bursa Uludağ Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Otomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 87
Özet
Bu çalışmada, yüksek enerji yoğunluklu lityum-iyon kese tipi batarya hücresinin elektriksel ve ısıl özellikleri deneysel olarak araştırılmıştır. Tez kapsamında kullanılan hücrenin kapasitesi 73 Ah olup hacimsel enerji yoğunluğu 642 Wh/L'dir. Hem sabit hem de WLTP sürüş çevrimi ile dinamik koşullar altında hücre davranışının tahmin edilebilmesi için ikinci dereceden eş değer devre modelini referans alan elektro-termal model geliştirilmiştir. Sürüş çevrimi başlangıcında şarj durumu tam dolu olarak kabul edilen hücrenin çevrim sonunda SOC değeri %7 azalmıştır. Bulunan değer deneysel çalışma ile karşılaştırıldığında ±%0,45'lik bir fark ile bu parametrenin tahmin edilebildiği ve modelin yüksek doğrulukla çalıştığı anlaşılmaktadır. Geliştirilen model terminal gerilimini maksimum bağıl hata %2 ve regresyon analizi sonucu R^2 değeri 0,99 olacak şekilde tespit edebilmektedir. Ayrıca, girilen taşıt özellikleri ve batarya konfigürasyonu için geliştirilen matematiksel model sürüş çevriminin akım profilini ve iç direncin dinamik değişimini de hesaplayabilmektedir. Geliştirilen modelde sonlu farklar yöntemi kullanarak oluşturulan ısıl alt model ile batarya hücresinin ürettiği ısı ve entropik terim elde edilebilmektedir. Buna göre 1 C-rate sabit akım deşarjında bataryanın ürettiği ısı 6 W olarak bulunurken WLTP sürüş çevrimi için ısı değerinin ise 0.32 W olduğu tespit edilmiştir. Bununla beraber hücre karakteristikleri modellenerek Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği analizi gerçekleştirilmiştir. Buradan elde edilen sonuçlar da hem deneysel çalışma hem de geliştirilen model sonuçlarıyla uyum içerisinde olduğu ifade edilebilir. Sonuç olarak hücrenin elektriksel ve ısıl özelliklerinin belirlenmesi için geliştirilen matematiksel model sonuçlarının deneysel sonuçları çok küçük hata oranları ile tahmin edebiliyor olması nedeniyle farklı batarya konfigürasyonlarına sahip bir elektrikli taşıta modelin uyarlanabilmesi sağlanmıştır.
Özet (Çeviri)
In this study, the electrical and thermal properties of a lithium-ion pouch-type battery cell were examined through experimental investigation. The cell used in this thesis has a capacity of 73 Ah and a volumetric energy density of 642 Wh/L. An electrothermal model based on a second-order equivalent circuit model has been developed for the purpose of predicting the behaviour of the cell under dynamic conditions with WLTP driving cycles and constant current discharge. The SOC value decreased by 7% at the end of the cycle for the cell whose state of charge was considered as full at the beginning of the driving cycle. A comparison of the calculated value with the experimental study demonstrates that this parameter can be estimated with a difference of ±0.45%, indicating that the model is highly accurate. The developed model is capable of determining the terminal voltage with a maximum relative error of 2% and an R² value of 0.99, as a result of regression analysis. Moreover, for the specified vehicle characteristics and battery configuration, the model is capable of calculating the current profile of the driving cycle and the dynamic change of the internal resistance. In the developed model, the heat generated by the battery cell and entropic term can be obtained without the use of a measuring device such as a calorimeter, through the utilisation of a thermal sub-model created using the finite difference method. Accordingly, the heat generated by the battery at 1 C-rate constant current discharge was found to be 6 W, while the heat value for the WLTP driving cycle is 0,32 W. Furthermore, computational fluid dynamics analysis was conducted by modelling the cell characteristics. The results obtained here also demonstrated high consistency with both the experimental study and the results produced by the developed model. As a result, the results of the mathematical model developed to determine the electrical and thermal properties of the cell can predict the experimental results with minimal error rates, allowing for the model to be adapted to an electric vehicle with different battery configurations.
Benzer Tezler
- Bir batarya soğutma sisteminin bir boyutlu modellenmesi ve soğutma performansının incelenmesi
One-dimensional modeling of a battery cooling system and investigation of the cooling performance
ERSEL DÖNMEZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Otomotiv MühendisliğiBursa Uludağ ÜniversitesiOtomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ EMRE BULUT
- Lityum iyon piller için kesikli akım yöntemi ile kalay esaslı kompozit anotların geliştirilmesi
Developing of sn-based anode materials for li ion batteries by pulse electrodeposition
MEHMET UYSAL
Doktora
Türkçe
2015
EnerjiSakarya ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET ALP
- Li-iyon pillere uygun nanokristal SnO2 kaplamaların incelenmesi
The investigation of nanocrystalline tin oxide coatings for Li-ion batteries
MEHMET OĞUZ GÜLER
Doktora
Türkçe
2010
EnerjiSakarya ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HATEM AKBULUT
- Enhancement in ionic conductivity of dysprosium doped Li7La3Zr2O12 solid electrolyte applied in Li-ion batteries
Li-ion pillerde uygulanan disprosyum katkılı Li7La3Zr2O12 katı elektrolitin iyonik iletkenliğinde artış
HAMED SALIMKHANI
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
EnerjiSabancı ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELMİYE ALKAN GÜRSEL
DR. ÖĞR. ÜYESİ ALP YÜRÜM
- Thermal runaway prediction in li-ion batteries using machine learning techniques
Li-ion bataryalarda makine öğrenmesi teknikleri kullanarak ısıl kaçak tahmini
ENES FURKAN ÖRS
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
EnerjiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NADİR JAVANİ