Farklı nanopartikül takviyeli sıvıların batarya sisteminin soğutma performansı üzerindeki etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effects of different nanoparticle reinforced liquids on the cooling performance of the battery thermal management system
Yazar: KEMAL ÇELİK
Danışman: DOÇ. DR. FİKRET POLAT
Düzce Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Elektrikli araçlar, ulaşım sektöründe fosil yakıtların yerini almak ve karbon ayak izini azaltmak için çevre dostu bir seçenek olarak önem kazanmaktadır. Elektrikli araçların güç kaynağı olan batarya paketleri, yüksek maliyetli ve termal olarak hassas bileşenlerdir. Batarya paketlerinin, şarj ve deşarj işlemleri sırasında oluşan sıcaklık artışı ve dağılımı, performansını, ömrünü ve güvenliğini etkilemektedir. Bu nedenle, batarya paketlerinin çalışma sıcaklığının optimum aralıkta tutulması ve sıcaklık dağılımının homojen olması için etkin bir soğutma sistemi gerekmektedir. Bu çalışmada, 18 adet silindirik lityum iyon pil içeren bir batarya modülü, labirent tipi bir soğutma kanalına yerleştirilmiştir. Soğutma kanalı bakır malzemeden üretilmiştir. Soğutma kanalından saf su, bor nitrür (BN)-su nanoakışkanı ve titanyum dioksit (TiO2)-su nanoakışkanı geçirilerek, soğutma akışkanlarının termal performansları karşılaştırılmıştır. BN-su nanoakışkanının kütlece %0,1 ve TiO2-su nanoakışkanının kütlece %0,1 konsantrasyonları kullanılmıştır. Deneyler, batarya paketini farklı çalışma koşulları altında test etmek amacıyla 1C şarj ve 1C, 2C ve 3C deşarj oranlarında gerçekleştirilmiştir. Tüm deneylerde, soğutucu akışkanların giriş debisi 790 ml/dk ve giriş sıcaklığı 25 oC olarak sabit tutulmuştur. Deney sonuçlarına göre, BN-su nanoakışkanının diğer akışkanlara göre daha iyi soğutma sağladığı ve batarya modülünün sıcaklık dağılımını daha homojen hale getirdiği görülmüştür. Bu çalışma ile elektrikli araçlarda batarya termal yönetim sisteminin geliştirilmesine katkı sağlamak amaçlanmıştır.

Abstract:
Electric vehicles are gaining importance in the transportation sector as an environmentally friendly option to replace fossil fuels and reduce carbon footprint. Battery packs, which are the power source of electric vehicles, are high-cost and thermally sensitive components. The temperature rising and temperature distribution of battery packs during charging and discharging processes affect their performance, life, and safety. Therefore, an effective cooling system is required to keep the operating temperature of the battery packs in the optimum range and to ensure homogeneous temperature distribution. In this study, a battery module containing 18 cylindrical lithium-ion batteries was placed in a labyrinth-type cooling channel. The cooling channel is made of copper. Pure water, boron nitride (BN)-water nanofluid, and titanium dioxide (TiO2)-water nanofluid were passed through the cooling channel and the thermal performances of the cooling fluids were compared. Concentrations of 0.1% by mass of BN-water nanofluid and 0.1% by mass of TiO2-water nanofluid were used. Experiments were carried out at 1C charge and 1C, 2C, and 3C discharge rates to test the battery pack under different operating conditions. In all experiments, the inlet flow rate of the refrigerants was kept constant at 790 ml/ min and the inlet temperature at 25 oC. According to the experimental results, it was seen that BN-water nanofluid provides better cooling performance compared to other fluids and makes the temperature distribution of the battery module more homogeneous. This study aims to contribute to the development of battery thermal management systems in electric vehicles.