Elektrikli araç bataryasının soğutulmasında farklı kanatçık tiplerinin etkisinin analizi
Analysis of effectiveness of different fin types in cooling of electrical vehicle battery
Yazar: MUSTAFA MUŞTU
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET EMİN AKAY
Karabük Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, elektrikli araçların bataryalarını soğutmaya yönelik çalışmalar yapılmış ve bu araçların batarya verimlerini olumsuz etkileyen "ısınma problemi" çözülmeye çalışılmıştır. Araç bataryasını aerodinamik olarak soğutmak için taşıtın alt kısmına yönelik tasarımlar yapılmış ve farklı hızlarda hava akışı sağlanıp, soğutmaya olan verimi gözlemlenmiştir. Tasarımlar farklı kanatçık (kanat) geometrileri tasarlanarak, ANSYS programının Fluent paketi yardımıyla analiz edilmiştir. Elektrikli aracın bataryasının aracın altında olduğu göz önüne alınarak, tasarlanan farklı kanat geometrileri bataryanın üzerine monte edilmiş ve bataryaya paralel olarak plaka bağlanmıştır. Geometriler tasarlanırken, plaka da gözününde bulundurulmuştur. Bu amaçla soğutucu akışkan hava batarya üzerine tasarlanıp monte edilmiş, farklı geometrilere sahip yüzey ile birlikte tasarımı yapılarak, farklı geometrilere sahip plakanın arasından geçirilmektedir. 
Çalışma sıcaklığının artması bataryaları olumsuz etkilemekte, her 10 °C lik ısınma halinde, batarya ömrü yarıya düşmektedir. Ayrıca bataryanın enerji kaybı artmakta ve performansı ciddi anlamda azalmaktadır. Bu çalışmada batarya ömrü ve çalışma performansını, verimini artırmayı amaçlamaktayız. Elektrikli araçların geleneksel içten yanmalı motorlu araçlar karşısında tutunamayıp, geri kalmış olmasının başlıca sebepleri artırmaya çalışmış olduğumuz batarya ömrü ve batarya veriminin düşük olmasıdır. İçten yanmalı motorlar çok daha uzun yol ve kilometre yapabilmekte ve kullanım ömrü onlarca yıl olmaktadır. Ancak bataryaların ömrü on yılı dahi bulamamaktadır ve ekonomik açıdan oldukça maliyetlidir.

Kullanmayı amaçladığımız soğutma sistemi, pasif soğutma sistemidir. Aktif soğutma sistemi kullanıldığı takdirde, batarya verimi, enerjinin önemsenecek derecede bir kısmı aktif soğutma sistemi ile harcanacağı için düşecek, dolayısıyla da aracın gidebileceği maksimum menzil kısalacaktır. Her aracın 30 km'den sonra karşılaşmış olduğu ciddi bir rüzgar-hava direnci vardır. Bu direnç bütün araçlar için ciddi bir enerji kaybı ve dezavantaj doğurur. 90 km/sa hız ile giden bir otomobil, enerjisinin yaklaşık % 60 lık bir kısmını rüzgar direncini yenmek için harcamaktadır. Biz bu dezavantajı pasif soğutma sistemi tasarlayarak, avantaja dönüştürmeyi hedeflemekteyiz. Aracın maruz kaldığı hava akımını soğutucu olarak tasarlanmış farklı geometrilerdeki plakalar arasından geçirerek, batarya ısısının plakalar üzerinden hava akımına maruz bırakılarak atılması amaçlanmaktadır.

Abstract:
In this study, researchs were made to cool the batteries of electric cars and tried to solve the heating problem which negatively affects battery efficiency of those motor vehicles. In order to cool car battery aeoredynamically, designs were made for bottom part of the car and air flows was provided at air speeds and the rate of cooling was observed. The designs were organized with different fin geometries and analyzed with the Fluent package of the ANSYS program. Considering that the battery of electirc car is under the vehicle, the different fin geometries are installed onto battery and a plate is connected to battery in parallel. When the geometries wer designed, the plate was also in consideration. For this purpose, the coolant fluid is designed and mounted on the battery with different fin and surface geometries and fluid is passed it throughly.  
In this thesis, we worked on cooling the batteries of electric vehicles.  
If the battery of the electric vehicle exceeds the normal operating temperature, the battery life is reduced by half every 10 °C. In addition, the energy loss of the battery increases, and its performance is seriously reduced. In this study, we are aiming to increase battery life and operating performance. The battery life and battery efficiency we have tried to increase are mainly due to the fact that electric vehicles can not compete with conventional internal combustion engine vehicles. Internal combustion engines can make much longer mileage and service life. However, the life of batteries can not find a decade and is economically very costly. 

The cooling system intending to use is passive cooling system. If an active cooling system is used, the battery power will be reduced so that a portion of the energy will be consumed by the active cooling system thus shortening the maximum range the vehicle can travel. There is a serious wind-weather resistance that every vehicle has encountered over 30 km/h speed. This resistance causes a serious energy loss and disadvantage for all vehicles. A car traveling at a speed of 90 km/h consumes about 60% of its energy to overcome wind resistance. We aim to convert this disadvantage into an advantage by designing a passive cooling system. By passing the airflow that the vehicle is subjected to through the plates in different geometries designed as coolers, it is aimed to expel the battery heat by exposing it to the air current through the plates.