Lityum tabanlı bataryalar için ısıl yönetim sistemlerinin geliştirilmesi
Development of battery thermal management systemsfor lithium based battery packages
Yazar: ENİS SELÇUK ALTUNTOP
Danışman: PROF. DR. VEYSEL ÖZCEYHAN ; PROF. DR. YÜKSEL KAPLAAN
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Yenilenebilir enerji = Renewable energy

Özet:
Batarya paketleri için dört farklı soğutma sistemi incelenmiştir; doğal taşınım, zorlanmış taşınım, faz değiştiren malzeme (FDM) ve hibrit (Zorlanmış taşınım ve FDM) soğutma sistemleridir. FDM için üç farklı kimyasal kullanılmıştır; bunlar parafin, laurik asit ve dekanoik asittir. Soğutma sistemlerinde uygulamasında incelenmek üzere 12, 24 ve 48 voltluk batarya grubu seri bağlanmıştır. Zorlanmış taşınım hız parametreleri 10, 7.5 ve 5 m/s olarak belirlenmiştir. FDM soğutma sistemleri üç parametre (0.25, 0.5 ve 1D) altında incelenmiştir. Soğutma sistemlerinin farklı güçler altındaki etkileşimlerini incelemek için 5 farklı deşarj seviyesi (1, 2, 3, 4, 5C ve C=2.8 Amper) seçilmiştir. Yapılan deneyler sonucunda doğal taşınımın batarya paketi üzerinde yeterli soğutmayı sağlamadığı ve üretici firma tarafından verilen sıcaklık değerlerinin üzerinde kalmıştır. Laurik asit zorlanmış taşınımda 2C ve 3C deşarj oranında, 0.25D mesafede en iyi sonuçları vermiştir. Bunun yanında sistemin doğal ve zorlanmış taşınımın olmadığı ortamlarda laurik asit 1C'yi destekleyebilmektedir. Dekanoik asit ise laurik asitten bir adım ilerde olup doğal taşınımda 2C'yi destekleyebilmektedir. Bu iki FDM'nin yüksek deşarj halinde ve zorlanmış taşınım olmadığı yerlerde çalışma sıcaklığına yakın kalmasını sağlamada büyük katkısı vardır. Parafin 0.5D mesafede 1, 2, 3, 4 ve 5C deşarj oranı için uygun değer aralığında kalmıştır. Prafinin zorlanmış taşınım olmaksızın çalıştığı sistemlerde 0.25D dışındaki mesafelerde fonksiyon gösteremediği gözlemlenmiştir. Bunun yanında 3C, 4C ve 5C deşarj oranları için 0.25D mesafe parafin kullanımı uygundur.
Anahtar Kelimeler: Batarya ısıl yönetim sistemleri (BIYS), Batarya soğutma sistemleri, ısıl yönetim, Faz değiştiren malzemeler (FDM), Zorlanmış taşınım, Parafin, Laurik asit, Dekanoik asit

Abstract:
Four different cooling systems for battery packs were examined which are natural convection, forced convection, phase change material (FDM) and hybrid (forced convection and PCM) cooling systems. Three different chemicals used in FDM cooling systems: paraffin, lauric and decanoic acid. 12-, 24- and 48-volt battery groups were connected in series to be examined in the application of cooling systems. Forced convection velocity parameters were determined as 10, 7.5 and 5 m/s. FDM cooling systems were examined under three distance parameters (0.25, 0.5 and 1D). Five different discharge levels (1, 2, 3, 4, 5C and C = 2.8 Amperes) were selected. As a result of the experiments, it was determined that natural convection did not provide sufficient cooling on the battery pack and the temperature remained above the temperature values given by the manufacturer. Lauric acid gave the best results in forced convection at 2C and 3C discharge rates and 0.25D distance. In addition, lauric acid can support 1C in environments where the system is stable and does not have forced air. Moreover, Decanoic acid can support 2C discharge rate with natural air convection. Paraffin remained within the appropriate value range for the discharge rate of 1, 2, 3, 4 and 5C at a distance of 0.5D. It has been observed that in systems where Paraffin operates without forced convection, it cannot function at distances other than 0.25D. In addition, it is appropriate to use 0.25D distance paraffin for 3C, 4C and 5C discharge rates. 
Keywords: Battery thermal management systems (BTMS), Battery cooling systems, thermal management, Phase change materials (PCM), Forced air, Paraffin, Lauric acid, Decanoic acid