Termoelektrik malzemelerin batarya termal yönetim sisteminde kullanımının araştırılması
Investigation of the use of thermoelectric materials in battery thermal management system
- Tez No: 975045
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ERDOĞAN GÜNER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Termoelektrik, peltier, batarya soğutma, batarya termal yönetim sistemi, BTYS, elektrikli araçlar, Thermoelectric, Peltier, battery cooling, battery thermal management system, BTYS, electric vehicles
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Atatürk Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Amaç: Elektrik araçların önemli bir parçası olan bataryalar üzerinde yapılan iyileştirmeler bu araçların yaygınlaşmasında büyük rol oynamaktadır. Termal yönetim sistemleri de bataryaların verimini ve ömrünü önemli ölçüde etkilemekle birlikte güvenlik açısından da büyük önem arz etmektedir. Bu amaçla bu çalışmada sabit deşarj oranlarında termoelektrik malzemelerin (TEC) batarya termal yönetim sisteminde kullanımı deneysel olarak araştırılacaktır. Yöntem: Çalışmada 20Ah enerjiye sahip torba tipi bir batarya 1C ile 7C arasında sabit deşarj oranlarında boşaltılmış ve batarya üzerine yerleştirilen 12 adet termokupl ile yüzey sıcaklıkları ölçülmüştür. Bununla birlikte bataryanın aşırı ısınmasını önlemek için batarya üzerine (bir yüzeyine 6 adet olmak üzere) toplamda 12 adet termoelektrik soğutucu yerleştirilmiştir. Bununla birlikte deneyler sırasında termal kamera ile de görüntüler alınarak batarya yüzeyindeki sıcaklık dağılımı gözlemlenmiştir. Termoelektrik soğutucular üstündeki ve/veya altındaki termokupllar ile eşleştirilerek referans sıcaklıkların (30 ºC ve 35 ºC) üzerine çıktığında ilgili soğutucu(lar) çalıştırılmıştır. TEC'ler bir kontrol devresi yardımıyla ayrı ayrı kontrol edilerek hem TEC'ler tarafından tüketilen enerji hem de batarya yüzeyindeki sıcaklık farkı minimize edilmeye çalışılmıştır. Bulgular: Referans sıcaklığın 30 ºC olduğu deneylerde 1 C ve 2 C deşarj oranlarında, referans sıcaklığın 35 ºC olduğu deneylerde ise 1C-4C aralığındaki deşarj oranlarında batarya yüzey sıcaklığı ilgili referans sıcaklığa ulaşmadığı için termoelektrik soğutucular devreye girmemiş, dolayısıyla bu şartlarda doğal taşınım bataryanın güvenli ve verimli çalışma bölgesinde kalması açısından yeterli olmuştur. 30 ºC ve 35 ºC referans sıcaklıkları için yapılan deneylerde maksimum batarya yüzey sıcaklığı 7 C'de sırasıyla 33,04 ºC ve 35,99 ºC olarak elde edilmiştir. Batarya yüzeyindeki maksimum sıcaklık farkları ise 30 ºC için 6 C'de 4,65 ºC, 35 ºC için ise 7 C'de 6,41 ºC olarak ölçülmüştür. Bataryayı istenilen referans sıcaklıkta tutmak için TEC'lerin harcadığı maksimum enerji miktarları (7 C'de) referans sıcaklıklara göre sırasıyla 12,44 Wh ve 1,68 Wh olarak elde edilmiştir. Bu değerler ilgili sıcaklıklar ve deşarj oranları için batarya kapasitesinin sırasıyla %25,9 ve %3,3'üne denk gelmektedir. Sonuç: Bataryanın farklı referans sıcaklıkları için TEC'ler yardımıyla soğutulması üzerine yürütülen bu çalışmada 35 ºC referans sıcaklığın hem bataryanın güvenli ve verimli çalışma bölgesinde kalması hem de soğutma için gerekli enerji ihtiyacının minimize edilmesi açısından optimum sıcaklık olduğu sonucuna varılmıştır. Ayrıca bu çalışma TEC'lerin doğrudan temaslı kullanımının (yüksek deşarj oranlarında bile) sıcaklık kontrolünde etkili olabileceğini ve bunun yanı sıra uygulanan kontrol stratejileri ile de enerji tüketimlerinin kabul edilebilir seviyelerde olabileceğini göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Purpose: Improvements made to batteries, which are an important component of electric vehicles, play a major role in the widespread adoption of these vehicles. Thermal management systems also significantly affect the efficiency and lifespan of batteries, while also being of great importance in terms of safety. To this end, this study will experimentally investigate the use of thermoelectric materials (TEC) in battery thermal management systems at constant discharge rates. Method: In the study, a pouch-type battery with a capacity of 20Ah was discharged at constant discharge rates between 1C and 7C, and surface temperatures were measured using 12 thermocouples placed on the battery. Additionally, to prevent the battery from overheating, a total of 12 thermoelectric coolers were placed on the battery (6 on one surface). Furthermore, thermal camera images were captured during the experiments to observe the temperature distribution on the battery surface. The thermocouples above and/or below the thermoelectric coolers were paired, and when the reference temperatures (30 ºC and 35 ºC) were exceeded, the relevant cooler(s) were activated. The TEC's were controlled individually using a control circuit to minimize both the energy consumed by the TEC's and the temperature difference on the battery surface. Findings: In experiments where the reference temperature was 30 °C, at discharge rates of 1 C and 2 C, and in experiments where the reference temperature was 35 °C, at discharge rates in the 1C-4C range, the battery surface temperature did not reach the relevant reference temperature, so the thermoelectric coolers did not activate. Therefore, under these conditions, natural convection was sufficient to keep the battery within its safe and efficient operating range. In the experiments conducted at reference temperatures of 30 °C and 35 °C, the maximum battery surface temperatures were obtained as 33.04 °C and 35.99 °C at 7 C, respectively. The maximum temperature differences on the battery surface were measured as 4.65 °C at 6 °C for 30 °C and 6.41 °C at 7 °C for 35 °C. The maximum energy amounts consumed by the TEC to maintain the battery at the desired reference temperature (at 7°C) were obtained as 12.44 Wh and 1.68 Wh, respectively, according to the reference temperatures. These values correspond to 25.9% and 3.3% of the battery capacity for the relevant temperatures and discharge rates, respectively. Results: In this study on cooling batteries using TEC devices at different reference temperatures, it was concluded that a reference temperature of 35°C is optimal both for keeping the battery within its safe and efficient operating range and for minimizing the energy required for cooling. Furthermore, this study demonstrates that the direct contact use of TEC devices (even at high discharge rates) can be effective in temperature control and, in addition, that energy consumption can be kept at acceptable levels with the control strategies applied.
Benzer Tezler
- Investigation of the thermoelectric material added innovative composite lithium-ion battery cathode materials
Termoelektrik katkılı yenilikçi kompozit lityum iyon batarya katot malzemelerinin araştırılması
SELEN GÜNAYDIN
Doktora
İngilizce
2023
EnerjiTarsus ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OSMAN MURAT OZKENDIR
DOÇ. DR. HIDETOSHI MIYAZAKI
- Sb2Te3 ve Bi2Te3 içerikli bileşiklerin termoelektrik, yapısal ve mikroyapısal özelliklerinin incelenmesi
A study on thermoelectrical, structural and microstructural properties of Sb2Te3 and Bi2Te3 semiconductive alloys
EMEK MÖRÖYDOR DERUN
Yüksek Lisans
Türkçe
2005
Kimya MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. SABRİYE PİŞKİN
- Termoelektrik malzemelerin yenilikçi yaklaşımlarla üretilmesi ve geliştirilmesinde yapay sinir ağları ile tahmin modeli kullanımı
Thermoelectric materials production with innovation and improvement in the use of artificial neural networks forecast model
ŞEYMA KÖKYAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Endüstri ve Endüstri MühendisliğiKarabük ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUHARREM DÜĞENCİ
DR. ÖĞR. ÜYESİ MÜMTAZ İPEK
- Kompozit, katkılama yöntemleri ve YFK kullanılarak yeni yarı-Heusler termoelektrik malzemelerin geliştirilmesi
Development of new half-Heusler thermoelectric materials using composite, doping techniques, and density functional theory (DFT)
ENES İBRAHİM DÜDEN
Doktora
Türkçe
2024
Mühendislik BilimleriEskişehir Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SERVET TURAN
PROF. DR. CEM SEVİK
- Yarıiletken termoelektrik malzemelerin ve jeneratörlerin yenilikçi yaklaşımlarla üretilmesi ve geliştirilmesi
Production and development of semiconducting thermoelectric materials and generators with innovative approaches
MÜCAHİT ABDULLAH SARI
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Metalurji MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERDAL ÇELİK