Lityum-iyon pilinin farklı deşarj hızlarında termal davranışının matematiksel modellenmesi
Mathematical modeling of the thermal behavior of a lithium-ion battery at different discharge rates
Yazar: BURÇİN ÇETİN
Danışman: PROF. DR. HAKAN DEMİRAL ; DOÇ. DR. UĞUR MORALI
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Temel İşlemler ve Termodinamik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Yapılan deneysel çalışmada ICR 26650 LiCoO2 pilini farklı deşarj parametrelerinde maksimum pil sıcaklığı ve sıcaklık dağılımı dikkate alınmıştır. Deney tasarım yöntemlerinden biri olan Taguchi deney tasarım yöntemi ile L18 ortogonal dizimi esasına göre yapılmıştır. Bu dizilim ile deneyler tasarlanmış, 18 deney uygulanmış ve deney sonuçları analiz edilerek kararlaştırılan faktörlerin seviyeleri belirlenmiştir. Birbirinden farklı parametreler için C-hızı (2 C-hızı, 3 C-hızı, 4 C-hızı, 5 C-hızı, 6 C-hızı ve 7 C-hızı), ortam sıcaklığı (293 K, 303 K ve 313 K) ve ısı transfer katsayısına (10 Wm-2 K-1, 20 Wm-2 K-1, 30 Wm-2 K-1) karar verilmiştir. ANSYS Fluent programında L18 ortogonal dizimi üzerine simülasyon çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Maksimum pil sıcaklığı için C-hızı faktörü diğer faktörlere göre en etkili olmuştur. En az etkili olan faktör ise ısı transfer katsayısı olmuştur. 6 C-hızı, 293 K ve 30 Wm-2 K-1 seviyelerinde maksimum pil sıcaklığının en küçük en iyi olduğu değerler elde edilmiştir. Sıcaklık dağılımı üzerinde ise yine C-hızı faktörü en etkili olmuş, daha sonra ortam sıcaklığı ve en son ısı transfer katsayısı etkili olmuştur. 2 C-hızı, 313 K ve 10 Wm-2 K-1 seviyelerinde sıcaklık dağılımının minimum olduğu elde edilmiştir. Elde edilen ANOVA sonuçlarına göre %95 güven aralığı dikkate alındığında Tmax ve ΔTmax ile C-hızı arasında istatistiksel olarak uyumlu bir ilişki olduğu söz konusudur. Bu çalışmadan elde edilen sonuçlar lityum-iyon pillerin termal yönetim sistemlerinin tasarımında kullanılabilir.

Abstract:
In the experimental study, the maximum battery temperature and temperature distribution of the ICR 26650 LiCoO2 battery in different discharge parameters were taken into account. The experiment was carried out according to the L18 orthogonal sequence with the Taguchi experiment design method, which is one of the experimental design methods. Experiments were designed with this sequence, 18 experiments were performed, and the levels of the factors decided by analyzing the experimental results were determined. The C-Rate (2 C-rate, 3 C-Rate, 4 C-Rate, 5 C-Rate, 6 C-Rate and 7 C-Rate), ambient temperature (293 K, 303 K and 313 K) and heat transfer coefficient (10 Wm-2 K-1 , 20 Wm-2 K-1 , 30 Wm-2 K -1 ) were decided for different parameters. Simulation studies on L18 orthogonal sequence were carried out in ANSYS Fluent program. The C-Rate factor was the most effective for the maximum battery temperature compared to other factors. The least effective factor was the heat transfer coefficient. 6 C-Rate, 293 K and 30 Wm-2 K-1 levels have been obtained at the values where the maximum battery temperature is the smallest and the best. Again, the C-Rate factor was the most effective on the temperature distribution, then the ambient temperature and the last heat transfer coefficient were effective. It was found that the temperature distribution was minimal at the 2 C-Rate, 313 K and 10 Wm-2 K-1 levels. According to the obtained ANOVA results, when 95% of the confidence interval is taken into account, it is stated that there is a statistically compatible relationship between Tmax and ΔTmax and C-rate. The results obtained from this study can be used in the design of thermal management systems of lithium-ion batteries.