Lityum-iyon batarya modülü termal yönetimi için fan yerleşimi ve hava giriş kesiti geometrisinin çok parametreli deneysel analizi
Multiparametric experimental analysis of fan placement and air inlet cross-section geometry for thermal management of lithium-ion battery module
- Tez No: 991985
- Danışmanlar: DOÇ. DR. FERHAT KOCA, DR. ÖĞR. ÜYESİ RECAİ ÖZCAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Enerji, Mechanical Engineering, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Sivas Cumhuriyet Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Enerji Bilimleri ve Teknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Li-ion bataryaların etkin termal yönetimi, özellikle yüksek deşarj koşullarında, batarya performansı, güvenliği ve ömrü açısından kritik öneme sahiptir. Bataryaların çalışması sırasında ortaya çıkan ısı, sıcaklık artışı ve dengesiz dağılımı, performans kayıplarına, hücre ömründe azalmaya ve güvenlik risklerine yol açabilmektedir. Bu nedenle, batarya sıcaklığının etkin bir şekilde kontrol edilmesi, enerji depolama sistemlerinde güvenilirlik ve verimlilik açısından büyük önem taşımaktadır. Bu çalışmada, bataryaların termal yönetimini iyileştirmek amacıyla beş farklı soğutma sistemi (D1–D5) tasarlanmış ve deneysel olarak karşılaştırılmıştır. Sistemler; fan kullanılmayan pasif doğal taşınımlı sistem (D1), fanın önde konumlandırıldığı aktif soğutma sistemi (D2), fanın arkada konumlandırıldığı aktif sistem (D3), fan önde ve hava giriş kesiti (HGK) kullanılan sistem (D4) ile fan arkada ve HGK kullanılan sistem (D5) olmak üzere beş farklı konfigürasyonu kapsamaktadır. Deneyler, her soğutma sistemi için 1C, 3C ve 5C deşarj hızları ile Reynolds (Re) sayıları 5000, 7500, 10000 ve 12500 olan dört farklı hava hızı koşulunda yürütülmüştür. Bu kapsamda, beş farklı soğutma sistemi ve dokuz farklı deney düzeneği kullanılarak toplam 12 deney koşulu altında 99 adet deney gerçekleştirilmiştir. HGK kullanılan tasarımlarda, kanal geometrisinin termal performans üzerindeki etkisini değerlendirmek amacıyla beşgen, dairesel ve kare kesitli yapıların uygulanması incelenmiştir. Deney süresince batarya yüzey sıcaklıkları, çekilen akım değerleri, sıcaklık dağılımları, sıcaklık artış eğilimleri ve zamana bağlı sıcaklık değişimleri ayrıntılı biçimde izlenmiş ve kayıt altına alınmıştır. Elde edilen sonuçlar, HGK geometrisinin batarya modülünün termal davranışı üzerinde belirgin bir etkiye sahip olduğunu göstermektedir. Özellikle dairesel ve beşgen HGK konfigürasyonlarının, test koşullarına bağlı olarak D4 sistemi için sırasıyla %33,33 ve %25; D5 sistemi için ise %25 ile %66,67 arasında değişen oranlarda en yüksek soğutma verimini sağladığı belirlenmiştir. Genel değerlendirme sonucunda, 12 deney koşulunun tamamı dikkate alındığında, D4 sisteminin dört testte, D5 sisteminin ise sekiz testte en yüksek soğutma performansına ulaştığı tespit edilmiştir. Sonuç olarak, bu çalışma batarya termal yönetimi alanında fan yerleşimi ve HGK geometrisinin önemini ortaya koymakta ve D5 konfigürasyonunun, pasif ve aktif soğutma prensiplerini birleştirerek yüksek verimli, güvenilir ve uygulanabilir bir çözüm sunduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Effective thermal management of Li-ion batteries, especially under high-discharge conditions, is critical for battery performance, safety, and lifespan. The heat generated during battery operation, temperature increase, and uneven distribution can lead to performance losses, reduced cell lifespan, and safety risks. Therefore, effective battery temperature control is crucial for the reliability and efficiency of energy storage systems. In this study, five different cooling systems (D1–D5) were designed and experimentally compared to improve battery thermal management. The systems comprise five different configurations: a passive natural convection system without a fan (D1); an active cooling system with a front-mounted fan (D2); an active cooling system with a rear-mounted fan (D3); a system with a front-mounted fan and an air inlet section (HGK) (D4); and a system with a rear-mounted fan and an HGK (D5). Experiments were conducted under four different air velocity conditions: 1C, 3C, and 5C discharge rates and Reynolds (Re) numbers of 5000, 7500, 10000, and 12500 for each cooling system. A total of 99 experiments were conducted under 12 experimental conditions using five different cooling systems and nine different test setups. Pentagonal, circular, and square cross sectional structures were investigated to evaluate the effect of channel geometry on thermal performance in designs using HGK. Throughout the experiments, coil surface temperatures, current draw, temperature distributions, temperature rise trends, and temperature changes over time were carefully monitored and recorded. The results indicate that the HGK geometry has a significant impact on the thermal behavior of the coil module. Specifically, the circular and pentagonal HGK configurations were determined to provide the highest cooling efficiencies, ranging from 33.33% and 25%, respectively, for the D4 system and from 25% to 66.67% for the D5 system, depending on the test conditions. The overall evaluation revealed that, considering all 12 experimental conditions, the D4 system achieved the highest cooling performance in four tests, and the D5 system in eight. In conclusion, this study highlights the importance of fan placement and HGK geometry in battery thermal management and demonstrates that the D5 configuration offers a highly efficient, reliable, and applicable solution by combining passive and active cooling principles.
Benzer Tezler
- Numerical and experimental investigation of liquid cooling of lithium ion batteries in an energy storage system
Bir enerji depolama sisteminde lityum iyon pillerin sıvı soğutulmasının sayısal ve deneysel incelenmesi
OYA KORKMAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Mühendislik BilimleriMarmara ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BARIŞ YILMAZ
- Numerical investigation of various heat transfer mechanisms on thermal management of a lithium-ion battery pack
Çeşitli ısı geçişi mekanizmalarının bir lityum-iyon batarya paketinin ısıl yönetimi için sayısal olarak incelenmesi
RESUL ÇAĞTAY ŞAHİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Makine Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERDAL ÇETKİN
- Lityum iyon bataryaların termal yönetimi için sayısal çalışmalar
Numerical studies for thermal management of lithium-ion batteries
FURKAN DİLBAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiManisa Celal Bayar ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATİH SELİMEFENDİGİL
- Otonom robotlarda kullanılan lityum iyon batarya termal yönetim sisteminin deneysel ve sayısal incelenmesi
Experimental and numerical investigation of lithium-ion battery thermal management system used in autonomous robots
SEVGİ AYDIN
Doktora
Türkçe
2025
Makine MühendisliğiKocaeli ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. KADRİ SÜLEYMAN YİĞİT
DOÇ. DR. İSMAİL HAKKI SAVCI
- Otonom yük taşıma robotu için batarya yönetim sistemi devre tasarımı, yazılımı ve batarya verilerini IoT teknolojisi ile izleme
Battery management system circuit design, software, and monitoring battery data using IoT technology for an autonomous load-carrying robot
İBRAHİM ETHEM DERE
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBursa Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DAVUT ERTEKİN