Sıvı soğutmalı batarya termal yönetim sisteminin tasarımı ve deneysel incelenmesi
Experimental investigation of liquid-cooled battery thermal management system
Yazar: İRFAN ÇETİN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ FİKRET POLAT ; DR. ÖĞR. ÜYESİ EMRE AVCI
Düzce Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Batarya termal yönetim sistemi = Battery thermal management system ; Elektrikli araçlar = Electric vehicles ; Soğutma sistemleri = Cooling systems

Özet:
Elektrikli ve hibrit elektrikli araç sektöründe, araç performansına direkt etki eden batarya sistemleri üzerinde birçok araştırma ve geliştirme çalışması yapılmaktadır. Bu bağlamda batarya paketlerinde şarj/deşarj anında meydana gelen ve kontrol edilemediğinde pil hücrelerine ciddi derecede zarar veren sıcaklık sorunu üzerine odaklanılmıştır. Bahsedilen bu sorunun aşılması adına batarya termal yönetim sistemleri hayati bir öneme sahiptir. Bu tez çalışmasında, 18 adet silindirik lityum iyon pillerden oluşan batarya paketi, 1,5 mm et kalınlığındaki bakır plakalardan imal edilen S tipi bir sıvı soğutma kanalı içerisine yerleştirilerek sıvı soğutmalı batarya termal yönetim sisteminin soğutma performansı üzerinde deneysel bir araştırma yapılmıştır. Batarya paketinin şarj ve deşarj deneylerinde, 15 °C, 25 °C ve 35 °C başlangıç sıvı giriş sıcaklıklarının,  475 ml/dk, 625 ml/dk ve 790 ml/dk sıvı akış hızlarındaki soğutma performansları incelenmiştir. Adyabatik bir deney ortamı sağlanamamış olmasından dolayı sıvı giriş sıcaklığının etkisi hakkında net bir sonuç elde edilememesine karşın, 15 °C – 25 °C arasındaki giriş sıcaklıklarının paket homojenliğine ve maksimum sıcaklığın düşürülmesine katkıda bulunabileceği çıkarımı yapılmıştır. Soğutma performansı açısından 15 °C başlangıç sıvı giriş sıcaklığı ve 790 ml/dk sıvı akış hızı kombinasyonunun en etkili sonuçlara sahip olduğu görülmüştür. Bu koşullarda batarya paketi ortalama sıcaklığı, maksimum sıcaklık ve maksimum sıcaklık farkı değerleri yaklaşık olarak sırasıyla % 39,35,  % 39,75 ve % 62,10 oranında azaltılmıştır. Güç tüketimi ve soğutma performansı bir arada değerlendirildiğinde ise en verimli kombinasyonun 15 °C başlangıç sıvı giriş sıcaklığı ve 625 ml/dk sıvı akış hızı olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
Many research and development studies are carried out on battery systems that directly affect vehicle performance in the electric and hybrid electric vehicle sectors. In this regard, it has focused on the temperature problem, which occurs at the time of charge/ discharge and seriously damages battery cells when it cannot be controlled in the battery pack. In order to overcome this mentioned problem, battery thermal management systems have vital importance. In this study, experimental research was carried out on the cooling performance of the liquid-cooled battery thermal management system by placing the battery pack consisting of 18 cylindrical lithium-ion batteries in an S-type liquid cooling channel made of copper plates with a wall thickness of 1.5 mm. In the charge and discharge experiments of the battery pack, the cooling performances of 15 °C, 25 °C and 35 °C liquid inlet initial temperatures at 475 ml/min, 625 ml/min and 790 ml/min liquid flow rates were investigated. Although a clear conclusion about the effect of liquid inlet temperature cannot be obtained due to the fact that an adiabatic experimental environment was not provided, it has been deduced that inlet temperatures between 15 °C and 25 °C can contribute to battery pack homogeneity and decrease the maximum temperature. In terms of cooling performance, the combination of 15 °C starting liquid inlet temperature and 790 ml/min liquid flow rate has founded to be the most effective result. In these conditions, the average temperature of the battery pack, the maximum temperature, and the maximum temperature difference values are reduced by approximately 39.35%, 39.75%, and 62.10% respectively. Power consumption and cooling performance when evaluated together, it is seen that the most efficient combination is 15 °C initial liquid inlet temperature and 625 ml/min liquid flow rate.