Lityum iyon bataryalar için daldırma tipi termal yönetim sisteminin incelenmesi
Investigation of immersion type thermal management system for lithium ion batteries
- Tez No: 980672
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ALİ YURDDAŞ, PROF. DR. CAN ÖZGÜR ÇOLPAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Manisa Celal Bayar Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Termodinamik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Lityum iyon bataryalar, yüksek enerji yoğunluğu ve uzun ömür gibi avantajlarıyla elektrikli araçlarda yaygın olarak kullanılan enerji depolama sistemleridir. Ancak yüksek ısı üretme potansiyelleri, kapasite kaybı ve ısıl sürüklenme gibi sorunlara yol açabildiğinden etkin bir termal yönetim sistemi gerektirmektedir. Bu tez çalışmasında 14 seri ve 2 paralel bağlantıdan oluşan toplam 28 hücreli zarf tipi lityum iyon batarya modülünün ve doğrudan sıvı teması esasına dayalı daldırma tipi batarya termal yönetim sisteminin ANSYS-Fluent programında üç boyutlu sayısal modeli oluşturulmuştur. Model kapsamında, batarya modülünün maksimum sıcaklığının sınırlandırılması ve hücreler arası sıcaklık dağılımının homojen tutulması amaçlanmıştır. Bu doğrultuda hücreler arası mesafe, farklı kütlesel debiler ve akışkan giriş-çıkış portlarının konumları dikkate alınarak parametrik analizler gerçekleştirilmiştir. İlk aşamada batarya hücreleri arasına termal arayüzey malzemesi yerleştirilerek yapılan analizlerde, debi artışına rağmen maksimum sıcaklık 313.15 K sınırının aşıldığı ve homojenliğin sağlanmadığı ortaya konulmuştur. Bu olumsuzluğun önüne geçmek amacıyla termal arayüzey malzemesi çıkarılmış ve batarya hücrelerinin yüzeylerinin dielektrik akışkan ile doğrudan temas ettiği yeni bir yapı geliştirilmiştir. Bu ikinci modelde yapılan analizler sonucunda ise 313.15 K sıcaklık değeri altına düşürülmüş olsa da maksimum ve minimum sıcaklık farkı ortalama 13 K civarında kalmıştır. Bu nedenle hem sıcaklık homojenliğini sağlamak hem de maksimum ve minimum sıcaklık farkını azaltmak için beş farklı giriş-çıkış port tasarımı geliştirilmiştir. Geliştirilen tasarımlar arasında, U tipi akışa sahip Tasarım 3'ün en etkili sıcaklık homojenliğini sağladığı bulunmuştur. Bu tasarımda sıcaklık farkı yaklaşık 9 K'ye kadar düşürülmüş, debinin 0.21 kg/s'ye çıkarılmasıyla birlikte fark 5 K'nin altına indirilmiştir. Elde edilen bulgular daldırma tipi sıvı soğutmalı sistemlerin yüksek güçlü batarya modüllerinde hem sıcaklık kontrolü hem de termal homojenliği sağlama açısından etkili bir yöntem olduğunu göstermektedir. Bu kapsamda, çalışma batarya termal yönetim sistemlerinin tasarımında dikkate alınması gereken temel geometrik ve akış parametrelerine yönelik veriler sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
Lithium ion batteries are widely used energy storage systems in electric vehicles due to their advantages such as high energy density and long life. However, their high heat generation potential can lead to problems such as capacity loss and thermal runaway, requiring an effective thermal management system. In this study, a three-dimensional numerical model of a 28-cell pouch type lithium ion battery module consisting of 14 series and 2 parallel connections and an immersion type battery thermal management system based on direct liquid contact has been created in ANSYS-Fluent program. Within the scope of the model, it is aimed to limit the maximum temperature of the battery module and to keep the temperature distribution between the cells homogeneous. Accordingly, parametric analyses were carried out by considering the distance between cells, different mass flow rates and the locations of fluid inlet and outlet ports. In the analyses performed by placing thermal interface material between the battery cells, it was revealed that despite the increase in flow rate, the maximum temperature limit of 313.15 K was exceeded and homogeneity was not achieved. In order to avoid this problem, the thermal interface material was removed and a new structure was developed in which the surfaces of the battery cells are in direct contact with the dielectric fluid. As a result of the analysis performed in this second model, although the temperature value was reduced below 313.15 K, the maximum and minimum temperature difference remained around 13 K on average. For this reason, five different input-output port designs were developed both to ensure temperature uniformity and to reduce the maximum and minimum temperature difference. Among the designs developed, Design 3 with U-type flow was found to provide the most effective temperature homogeneity. In this design, the temperature difference was reduced to about 9 K and the difference was reduced to less than 5 K by increasing the flow rate to 0.21 kg/s. The findings show that immersion type liquid cooled systems are an effective method for both temperature control and thermal homogeneity in high power battery modules. In this context, the study provides data on the basic geometrical and flow parameters that should be considered in the design of battery thermal management systems.
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
Makine MühendisliğiSakarya ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CEMİL YİĞİT
- Nanoakışkan destekli ısı boruları ile daldırma yöntemi kullanılarak lityum iyon pillerin termal yönetimi için hibrit soğutma sistemi tasarımı
Design of hybrid cooling system for thermal management of lihium-ion batteries using immersion method with nanofluid supported heat pipes
OSMAN MERT
Doktora
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiKarabük ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET ÖZALP
- Lityum iyon bataryalar için kobalt içermeyen düşük maliyetli katot elektrotlarının sentezi
Synthesis of cobalt-free low-cost cathode electrodes for lithium-ion batteries
SÜMEYYE KILIÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
EnerjiSakarya ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET OĞUZ GÜLER
- Lityum iyon bataryalar için wi-fi ble modülüne dayalı kablosuz batarya yönetim sistemi tasarımı
Design of a wireless battery management system based on a wi-fi ble module for lithium-ion batteries
BAHADIR KÜÇÜKCIPRACI
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGebze Teknik ÜniversitesiElektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDULKADİR BALIKÇI
- Lityum iyon bataryalar için bor katkılı yüksek voltaj spinel lityum nikel manganez oksit katot aktif malzeme sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of boron-doped high-voltage spinel lithium nickel manganese oxide cathode active material for lithium-ion batteries
YUNUS EMRE GÜL
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BİLLUR DENİZ KARAHAN