Faz değiştiren malzeme ve radyal kanatçık kullanımının batarya termal performansına etkisinin sayısal olarak incelenmesi
Numerical investigation on effect of utilization of phase change material and radial fin on battery thermal performance
Yazar: BEYZANUR YAVUZ
Danışman: PROF. DR. MÜSLÜM ARICI
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Yenilenebilir enerji kaynaklarına geçiş ve sıfır emisyon hedefinin daha kritik bir konu 
haline gelmesiyle birlikte elektrikli araçlar önem kazanmıştır. Elektrikli araç 
bataryalarının, güvenli koşullarda yüksek performans sağlaması ancak etkili batarya 
termal yönetim sistemlerinin uygulanmasıyla mümkün olmaktadır. Bu tez çalışmasında, 
faz değiştiren malzeme (FDM) kullanımının bataryanın termal performansına etkisi 
sayısal olarak incelendi. Analizler, farklı FDM (RT31, RT38 ve RT42), farklı radyal 
kanatçık sayıları (1, 3 ve 5 kanatçık) ve farklı hazne boyutları (26, 30 ve 34 mm) için 
farklı deşarj koşulları (1C, 3C ve 5C) altında gerçekleştirildi. Sadece FDM kullanılarak 
oluşturulan referans duruma ek olarak, 3 farklı tasarım senaryosu kurgulandı: i) FDM+1 
kanatçık (Tasarım-I), ii) FDM+3 kanatçık (Tasarım-II) ve iii) FDM+5 kanatçık (Tasarım
III). Referans duruma kıyasla RT31, R38 ve RT42 için Tasarım-I'de 3,36 °C, 2,82 °C ve 
2,55 °C, Tasarım-II'de 5,56 °C, 4,76 °C ve 4,8 °C ve Tasarım-III'te 10,81 °C, 6,17 °C ve 
5,66 °C'lik bir sıcaklık düşüşü görüldü. Elde edilen bulgular, kanatçık entegresinin, FDM 
içerisinde ısı transferini iyileştirerek referans duruma kıyasla batarya sıcaklığında önemli 
düşüşlere sebep olduğunu göstermektedir. Hazne boyutunun 34 mm'den 26 mm'ye 
düşürülmesiyle, maksimum sıcaklık değerlerinde kayda değer bir değişim gözlenmezken 
erime oranında RT31, RT38 ve RT42 için sırasıyla %36'dan %89'a, %28'den %76'ya ve 
%19'dan %65'e artış gözlendi. Ayrıca, gizli ısının, soğutma performansına katkısını 
belirlemek amacıyla faz stabil malzeme (FSM) yaklaşımı uygulandı. FSM entegre 
edildiği duruma kıyasla, FDM içeren batarya modelinde RT31, RT38 ve RT42 için 
Tasarım-I'de 13,28 °C, 10,5 °C ve 8,15 °C, Tasarım-II'de 13,96 °C, 10,92 °C ve 8,88 °C 
ve Tasarım-III'te 18,11 °C, 11,23 °C ve 8,64 °C'lik bir sıcaklık düşüşü gözlendi. Bu 
sonuç, FDM'nin gizli ısısının, batarya sıcaklığını kontrol altına almada çok kritik bir rolü 
olduğunu göstermektedir.

Abstract:
Electric vehicles have gained importance as the transition to renewable energy sources 
and the zero emission target has become a more critical issue. Providing high performance 
of electric vehicle batteries under safe conditions is only possible by applying effective 
battery thermal management systems. In this thesis study, the effect of phase change 
material (PCM) usage on the thermal performance of the battery was investigated 
numerically. The analyses were carried out under different discharge conditions (1C, 3C 
and 5C) for different PCMs (RT31, RT38 and RT42), different radial fin numbers (1, 3 
and 5 fins) and different chamber sizes (26, 30 and 34 mm). In addition to the reference 
case using only PCM, 3 different design scenarios were designed: i) PCM+1 fin (Design
I), ii) PCM+3 fins (Design-II) and iii) PCM+5 fins (Design-III). Compared to the reference 
case, RT31, R38 and RT42 showed temperature reductions of 3.36 °C, 2.82 °C and 2.55 
°C in Design-I, 5.56 °C, 4.76 °C and 4.8 °C in Design-II and 10.81 °C, 6.17 °C and 5.66 
°C in Design-III. The findings show that the fin integration improves heat transfer within 
the PCM and causes significant decreases in battery temperature compared to the 
reference case. By reducing the chamber size from 34 mm to 26 mm, no significant 
change was observed in the maximum temperature values, while the melting rates 
increased from 36% to 89%, 28% to 76% and 19% to 65% for RT31, RT38 and RT42, 
respectively. In addition, phase stable material (PSM) approach is applied to reveal the 
contribution of latent heat to the cooling performance. Compared to the case with PSM 
integration, the battery model with PCM shows a temperature decrease of 13.28 °C, 10.5 
°C and 8.15 °C in Design-I, 13.96 °C, 10.92 °C and 8.88 °C in Design-II and 18.11 °C, 
11.23 °C and 8.64 °C in Design-III for RT31, RT38 and RT42. This result shows that the 
latent heat of the PCM has a critical role in controlling the battery temperature.