Elektrikli araç bataryaları için hibrit soğutmalı batarya termal yönetim sisteminin tasarımı ve imalatı
Design and manufacturing of hybrid cooled battery thermal management system for electric vehicle batteries
- Tez No: 998185
- Danışmanlar: DOÇ. DR. BİLAL KURŞUNCU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Bartın Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Gelişen teknoloji ile taşınabilir enerji ihtiyacı da paralel olarak artmaktadır. Elektrikli araçlar, insansız hava araçları, taşınabilir elektronik cihazların enerji ihtiyacı lityum iyon bataryalar vasıtasıyla karşılanmaktadır. Bu cihazlarda kullanılan bataryanın hızlı şarj ve güçlü deşarj yani yüksek C oranlarında şarj ve deşarj işlemlerini yapması bataryanın yüksek performansı ve verimliliğine bağlıdır. Bataryaların yüksek şarj ve deşarj oranlarında performansını kaybetmeden görevini yerine getirebilmesi için bataryaların çalışması sırasında üretilen ısıyı kontrol altına alması gerekmektedir. Bu kontrolü günümüzde batarya termal yönetim sistemleri ile sağlanmaktadır. Batarya termal yönetim sistemleri çeşitli soğutma teknikleri ile pilde üretilen ısıyı batarya sisteminden uzaklaştırmak ile görevlidir. Bu çalışmada 18650 lityum iyon pil için aktif, pasif ve hibrit soğutma yöntemlerinin kullanıldığı batarya termal yönetim sistemi tasarımı ve deneysel çalışmalar yapıldı. Tüm soğutma yöntemlerinde 1C, 1.5C ve 1.72C oranında şarj ve deşarj işlemleri uygulandı. Burada 1C oranı pilin normal şarj ve deşarj oranını, 1.5C ve 1.72C oranı yüksek şarj ve deşarj oranını temsil etmektedir. Batarya termal yönetim sisteminde kullanılan faz değiştiren malzemenin pil sıcaklığına etkisini araştırmak için hava, kaprik asit ve nextek 24d malzemeleri uygulanarak deneyler gerçekleştirildi. Deneyler sonucunda karprik asit uygulaması tüm şarj ve deşarj oranlarında en düşük pil yüzey sıcaklığını sağladı. Batarya termal yönetim sisteminde faz değiştiren malzemenin yerleştirildiği hazne geometrisinin pil sıcaklığı üzerindeki etkisini araştırmak için kare, daire ve altıgen şekilli geometrilerde kaprik asit kullanılarak deneyler yapıldı. Deneyler sonucunda altıgen şekilli geometrinin tüm şarj ve deşarj oranlarında en düşük pil yüzey sıcaklığını sağladı. Batarya termal yönetim sisteminde aktif yöntemde soğutucu akışkanın pil sıcaklığı üzerindeki etkisini araştırmak için saf su, ağırlıkça %1 borax ve ağırlıkça %1,5 borax çözeltileri kullanılarak deneyler yapıldı. Deneyler sonucunda ağırlıkça %1 borax ve ağırlıkça %1,5 borax çözeltileri tüm şarj ve deşarj oranlarında en düşük pil yüzey sıcaklığını sağladı. Batarya termal yönetim sisteminde aktif ve pasif soğutma yöntemlerinin birleştirildiği hibrit soğutma sistemi tasarımı yapıldı. Yapılan tasarımda aktif soğutma yöntemi, pasif soğutma yöntemi, hibrit soğutma yöntemi ve hiçbir soğutma yöntemi uygulanmayan deney setleri kuruldu. Yapılan deneyler sonucunda, tüm şarj ve deşarj oranlarında en düşük pil yüzey sıcaklığını hibrit soğutma sisteminin uygulandığı pil üzerinde ölçülmüştür. En yüksek pil yüzey sıcaklığı ise batarya termal yönetim sistemi uygulanmayan pil yüzeyinde ölçülmüştür. Hibrit soğutma yöntemi karşılaştırılan yöntemler arasında en düşük pil sıcaklığını sağladığından dolayı pilin performansı ve elektriksel davranışları üzerinde olumlu etkiler gözlemlenmiştir.
Özet (Çeviri)
With the advancement of technology, the need for portable energy is increasing in parallel. The energy requirements of electric vehicles, unmanned aerial vehicles, and portable electronic devices are met through lithium-ion batteries. The ability of batteries used in these devices to perform fast charging and powerful discharging, i.e., charging and discharging at high C rates, depends on the battery's high performance and efficiency. In order for batteries to fulfill their function without losing performance at high charge and discharge rates, they need to control the heat generated during battery operation. This control is currently provided by battery thermal management systems. Battery thermal management systems are responsible for removing the heat generated in the cell from the battery system through various cooling techniques. In this study, battery thermal management system design and experimental studies were conducted using active, passive, and hybrid cooling methods for an 18650 lithium-ion cell. Charging and discharging operations at rates of 1C, 1.5C, and 1.72C were applied in all cooling methods. Here, the 1C rate represents the normal charge and discharge rate of the cell, while 1.5C and 1.72C rates represent high charge and discharge rates. Experiments were conducted using air, capric acid, and Nextek 24d materials to investigate the effect of phase change materials used in the battery thermal management system on cell temperature. As a result of the experiments, the capric acid application provided the lowest cell surface temperature at all charge and discharge rates. To investigate the effect of the chamber geometry in which the phase change material is placed in the battery thermal management system on cell temperature, experiments were conducted using capric acid in square, circular, and hexagonal shaped geometries. As a result of the experiments, the hexagonal geometry provided the lowest cell surface temperature at all charge and discharge rates. To investigate the effect of coolant in the active method on cell temperature in the battery thermal management system, experiments were conducted using pure water, 1% borax by weight, and 1,5% borax by weight solutions. As a result of the experiments, 1% borax by weight and 1,5% borax by weight solutions provided the lowest cell surface temperature at all charge and discharge rates. A hybrid cooling system design was created that combines active and passive cooling methods in the battery thermal management system. Experimental setups were established with active cooling method, passive cooling method, hybrid cooling method, and no cooling method applied. As a result of the experiments, the lowest cell surface temperature at all charge and discharge rates was measured on the cell where the hybrid cooling system was applied. The highest cell surface temperature was measured on the cell surface without a battery thermal management system. Since the hybrid cooling method provided the lowest cell temperature among the compared methods, positive effects on the cell's performance and electrical behavior were observed.
Benzer Tezler
- Lityum-iyon batarya modüllerinin ısıl davranışının tasarım ve optimizasyon odaklı sayısal incelenmesi
Numerical investigation of the thermal behavior of lithium-ion battery modules based on design and optimization
OSMAN BEDRETTİN KARATAŞ
Doktora
Türkçe
2026
Makine MühendisliğiBursa Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. KEMAL FÜRKAN SÖKMEN
- Reinforcement learning based battery thermal management controller for electric vehicle charge time optimization using horizon data
Ufuk verileri kullanılarak takviyeli öğrenme tabanlı batarya termal yönetim kontrolü ile elektrikli araçlarda şarj süresinin iyileştirilmesi
YUNUS TURHAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MURAT YILMAZ
- Hexagonal boron nitride reinforced thermal conductivity improved composite material design applications in electric vehicles
Hegzagonal bor nitrür takviyeli termal iletkenliği iyileştirilmiş kompozit malzeme tasarımı: Elektrikli araçlarda uygulamaları
EMRULLAH CEBE
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ALAEDDİN BURAK İREZ
- Hibrit araçlarda meydana gelen yangınlar ve etkili söndürme sistemlerinin incelenmesi
An investigation into fires in hybrid vehicles and the assessment of effective fire suppression systems
CEMİL ÖZKALAY
Doktora
Türkçe
2025
Mühendislik BilimleriSakarya ÜniversitesiYangın ve Yangın Güvenliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAKAN SERHAD SOYHAN
- Development of an adsorption heat pump for improvement of thermal management system of electric buses
Elektrı̇klı̇ otobüslerı̇n ısı yönetı̇m sı̇stemı̇nı̇n ı̇yı̇leştı̇rı̇lmesı̇ ı̇çı̇n adsorpsı̇yonlu ısı pompası gelı̇ştı̇rı̇lmesı̇
RAMI HABASH
Doktora
İngilizce
2024
Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Okan ÜniversitesiMekatronik Ana Bilim Dalı
Assoc. Prof. Dr. GAMZE GEDİZ İLİŞ