Batarya hücrelerine eklenen kanatçıkların elektrikli araç termal yönetim sistemi performansına etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of fins added to battery cells on the performance of electric vehicle thermal management system
- Tez No: 918221
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ABDULMUTTALİP ŞAHİNASLAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İnönü Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Enerji Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 95
Özet
Bu çalışmada, silindirik lityum iyon bataryalar için, havayla daha iyi bir soğutma performansı elde etmek üzere hücre düzeyinde uygulanacak, farklı tipte kanatçıklar önerilmiştir. Lityum iyon piller için termal koşullar önemli olup, daha iyi bir performans ve pil ömrü için hücre sıcaklığının 15 °C ile 35 °C arasında olması ve tüm modül hacminde 5 °C üzerinde bir sıcaklık farkı oluşmayacak şekilde homojen sıcaklık dağılımı istenir. Bu kısıtlamalar nedeniyle, elektrikli araçların Batarya Termal Yönetim Sistemlerinde (BTYS) pek çok farklı türde, aktif veya pasif soğutma yöntemi kullanılmaktadır. Çalışmada, 18650 koduyla bilinen silindirik pil hücrelerinin yanal yüzeyine doğrudan kanatçıklar entegre edilmiştir. 2 seri (2S) ve 4 seri 3 paralel (4S3P) modül konfigürasyonları farklı deşarj hızları için, kanatçık taşımayan hücreler ve halka, kare, trapezoid, pim ve ağ tipi kanatçık profillerine sahip hücreler FloEFD paket programı kullanılarak sayısal olarak analiz edilmiştir. Sayısal çalışmada, eşdeğer devre modeline göre yapılan batarya analizleri ile sistemin termal analizi eş zamanlı olarak çalıştırılmış, sonuçlar, kanatçıkların doğal taşınım ortamında 2 – 4 °C aralığında, zorlanmış taşınım ortamında 7 – 8 °C aralığında fayda sağladığı tespit edilmiştir. Ancak, bazı tasarımlarda, zorlanmış taşınım, lityum iyon piller için istenmeyen bir sıcaklık dağılımı olan 5 °C üzerinde paket içi sıcaklık farklarına neden olmaktadır. Deneysel çalışmada, sayısal olarak en etkin sonuçları veren trapezoid kesitli kanatçık eklenmiş piller için şarj-deşarj deneyleri gerçekleştirilmiş ve kanatçıklı hücrelerin kanatçıksız olanlara kıyasla daha düşük sıcaklıklara eriştiği görülmüştür. Çalışılan kanat tipleri, alan ve hacim için %150–200 aralığında, ağırlık için %33 – 40 aralığında bir artışa sebep olmaktadır. Anılan aralıklarda sıcaklık düşüşlerinin BTYS tekniği açısından önemli olduğu, hava soğutma sistemlerinin diğer soğutma yöntemlerine kıyasla yapısal basitlik, düşük maliyet ve elektriksel güvenlik gibi avantajları da dikkate alındığında, modüler kanat yapısı biçiminde önerilen yaklaşımın, ağırlık ve hacim artışlarının sorun teşkil etmeyeceği mühendislik uygulamalarında kullanılabileceği öngörülmektedir.
Özet (Çeviri)
In this study, different types of fins are proposed to be applied to the cells to obtain better cooling performance with air for cylindrical lithium-ion batteries. Thermal conditions are important for lithium-ion batteries, and for better performance and battery life, it is desired for the cell temperature to be between 15 °C and 35 °C and for a homogeneous temperature distribution in the entire module volume without a temperature difference of more than 5 °C. Due to these restrictions, many different types of active or passive cooling methods are used in the Battery Thermal Management Systems (BTMS) of electric vehicles. In the study, fins were directly integrated into the lateral surface of the cylindrical battery cells known with the code 18650. 2 series (2S) and 4 series 3 parallel (4S3P) module configurations were numerically analyzed using the FloEFD package program for different discharge rates, cells without fins and cells with annular, square, trapezoidal, pin and mesh type fin profiles. In the numerical study, battery analyses performed according to the equivalent circuit model and thermal analysis of the system were run simultaneously, and the results showed that the fins provided benefits in the range of 2 - 4 °C in the natural convection environment and 7 - 8 °C in the forced convection environment. However, in some designs, forced convection causes temperature differences in the package over 5 °C, which is an undesirable temperature distribution for lithium-ion batteries. In the experimental study, charge-discharge experiments were performed for batteries with trapezoidal section fins, which gave the most effective results numerically, and it was observed that the finned cells reached lower temperatures compared to those without fins. The studied fin types cause an increase in the range of 150-200% for area and volume, and 33-40% for weight. Considering that temperature drops in the mentioned ranges are important for the BTMS technique and the advantages of air cooling systems such as structural simplicity, low cost and electrical safety compared to other cooling methods, it is envisaged that the proposed approach in the form of a modular fin structure can be used in engineering applications where weight and volume increases will not be a problem.
Benzer Tezler
- Elektrikli araçlarda batarya soğutma plakasının nümerik analizler ile termal yönetimi
Thermal management of battery cooling plate in electric vehicles with numerical analysis
MUSTAFA MARTİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiBursa Uludağ ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AKIN BURAK ETEMOĞLU
- Taşınabilir cihazlar için yerli batarya geliştirilmesi
Development of national battery for portable devices
ONUR DEMİRGÖZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HERMAN SEDEF
- High voltage conversion efficiency charge pump based power management integrated circuit for bioimplants
Biyoimplantlar için gerilim dönüştürme verimi yüksek yük pompası tabanlı güç yönetimi tümdevresi
MELİH BİLMEZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ TUFAN COŞKUN KARALAR
- Sıvı soğutmalı batarya termal yönetim sisteminin tasarımı ve deneysel incelenmesi
Experimental investigation of liquid-cooled battery thermal management system
İRFAN ÇETİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiDüzce ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ FİKRET POLAT
DR. ÖĞR. ÜYESİ EMRE AVCI
- Li-iyon batarya modelinin en uygunlaştırılması ve batarya bozunumunun incelenmesine katkılar
Contributions to optimization of Li-ion battery models and analysis of battery degradation
HAKAN İNCESU
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ DERYA AHMET KOCABAŞ