FDM (Faz Değiştiren Malzeme) esaslı bir batarya ısıl yönetim sisteminin modellenmesi ve farklı parametrelere göre sayısal analizi
Modeling of a PCM (Phase Change Material) based battery thermal management system and numerical analysis according to different parameters
Yazar: MÜCAHİT EMİN KARAGÖZ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ BARIŞ KAVASOĞULLARI
Sivas Bilim ve Teknoloji Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Savunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; Savunma ve Savunma Teknolojileri = Defense and Defense Technologies
Dizin: Batarya = Battery ; Batarya termal yönetim sistemi = Battery thermal management system ; Faz değişimi = Phase change ; Isı geçişi = Heat transfer ; Isı üretimi = Heat generation ; Soğutma = Cooling ; Sıvılaşma = Liquefaction

Özet:
Günümüzde kullanım alanı giderek artan batarya güç sistemlerinin, kullanımları esnasında iç yapılarında üretilen ısı enerjisi kaynaklı birçok problemin olduğu bilinmektedir. Literatürde, lityum iyon bataryaların ideal çalışma sıcaklık aralığının -20 °C ile 60 °C arasında olduğu ifade edilmektedir. Bu çalışmamızda üç satır ve yedi sütundan oluşan bir batarya sisteminin, faz değiştiren malzeme esaslı bir batarya termal yönetim sistemi kullanılarak soğutulması üzerine çalışılmıştır. Sabit ve değişken ısı üretimi durumlarına göre çalışılmıştır. Sabit ısı üretimi durumunda; FDM uygulanmamış, FDM uygulanmış ve FDM ve kanat uygulanmış olmak üzere üç farklı sistem için ve zorlanmış taşınım altındaki havanın dört farklı Reynolds sayısı değeri, iki farklı FDM tipi ve üç farklı ısı üretim değeri gibi üç farklı parametre için COMSOL kullanılarak sayısal analizler gerçekleştirilmiştir. Değişken ısı üretimi durumunda; FDM uygulanmamış ve FDM uygulanmış olmak üzere iki farklı sistem için zorlanmış taşınım altındaki havanın Reynolds sayısı değerinin 50 olduğu ve batarya hücrelerinin 3C ile deşarj edildiği durum için COMSOL kullanılarak sayısal analizler gerçekleştirilmiştir. Batarya paketi boyunca havanın akış çizgileri, batarya hücrelerinin maksimum sıcaklık değerleri, batarya hücrelerinin sıcaklık değerlerinin 60 °C'ye ulaşması için geçen süre, batarya paketindeki sıcaklık dağılımı ve batarya hücrelerini çevreleyen FDM'nin faz değiştirme süreci esnasındaki davranışı incelenmiştir.

Abstract:
It is known that battery power systems, which are increasingly used today, have many problems due to the heat generation in their internal structures during their use. In the literature, it is stated that the ideal operating temperature range of lithium-ion batteries is between -20 °C and 60 °C. In this study, the cooling of a battery system consisting of three rows and seven columns using a phase change material-based battery thermal management system has been studied. It has been studied according to constant and variable heat generation situations. In the case of constant heat generation; numerical analyzes were carried out using COMSOL for three different systems such as without PCM, PCM applied and PCM and fins applied, and for three different parameters such as four different Reynolds number values of air under forced convection, three different heat generation values two different PCM types. In case of variable heat generation; numerical analyzes were carried out using COMSOL for two different systems such as with and without PCM applied in the situation where the Reynolds number value of the air under forced convection was 50 and the battery cells were discharged with 3C. The flow lines of the air along the battery pack, the maximum temperature values of the battery cells, the time it takes for the temperature of the battery cells to reach 60 °C, the temperature distribution of the battery pack, and the behavior of the PCM surrounding the battery cells during the phase change process were investigated.