Hava akış yönlendirici kanatların kullanımının prizmatik lityum-iyon batarya sıcaklığı üzerine etkisinin farklı çalışma şartlarında deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of the usage of air diverter fins on temperature of prismatic li-ion battery for different operation conditions
Yazar: MUHAMMET YASİN KABA
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİ CELEN
Erzincan Binali Yıldırım Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Elektrikli araçlar = Electric vehicles ; Termal performans = Thermal performance

Özet:
Günümüzde elektrikli araçlar, çevre dostu ve oldukça verimli olmaları nedeniyle içten yanmalı motorlu araçlara göre daha fazla öne çıkmaktadırlar. Elektrikli araçlar genellikle büyük hacimli bir batarya paketi, elektrik motoru ve rejeneratif frenleme sisteminden oluşmaktadırlar. Elektrikli araçları oluşturan en önemli ekipmanlardan biri olan bataryanın seçimi ve termal yönetimi önemlidir. Araştırmacılar hava ile, sıvı ile, faz değiştiren malzeme ile ve hibrit termal yönetim sistemleri gibi birçok farklı teknik ile bataryaların çalışma sıcaklığını istenilen seviyede (20°C-40°C) tutmaya çalışmaktadırlar. Bu çalışmada, elektrikli araçlarda kullanılan 20 Ah kapasiteye sahip torba tipi bir prizmatik lityum-iyon bataryanın termal yönetimi deneysel ve sayısal olarak incelenmiştir. Akışkan olarak hava kullanılmış olup, akışkan giriş sıcaklığının (15°C, 25°C, 35°C), akışkan giriş hızının (0,5 m/s, 1 m/s, 1,5 m/s) ve deşarj hızının (2C, 3C, 4C) batarya yüzey sıcaklığına, batarya yüzey sıcaklık farkına ve ısı transfer hızına etkisi araştırılmıştır. Artan deşarj hızı ve hava giriş sıcaklığı ile batarya yüzey sıcaklıkları yükselirken, artan hava hızı ile batarya yüzey sıcaklıklarının azaldığı gözlemlenmiştir. Hava akış yönlendirici kanat kullanımı ile ortalama batarya yüzey sıcaklığında 6,35°C'ye varan iyileştirme gözlenmiş ve batarya yüzeyinde daha homojen sıcaklık dağılımı sağlanmıştır.

Abstract:
Nowadays, electric vehicles stand out more than vehicles with internal combustion engines since electric vehicles are environmentally friendly and highly more efficient. Electric vehicles usually consist of a large-volume battery pack, electric motor and regenerative braking system. Selection and thermal management of the battery, which is one of the most important equipments that constitutes electric vehicles, are important. Researchers are trying to keep the operating temperature of the batteries at the desired level (20°C-40°C) with many different techniques such as air, liquid, phase change material and hybrid thermal management systems. In this study, the thermal management of a 20 Ah pouch-type prismatic lithium-ion battery used in electric vehicles was investigated experimentally and numerically. Air was used as the fluid, and the fluid inlet temperature (15°C, 25°C, 35°C), fluid inlet velocity (0,5 m/s, 1 m/s, 1,5 m/s) and discharge rate (2C, 3C, 4C) on the battery surface temperature, the battery surface temperature difference and the heat transfer rate were investigated. It was observed that the surface temperatures of the battery increased with increasing discharge rate and air inlet temperature, while the surface temperatures of the battery reduced with increasing air velocity. With the use of air diverter fins, improvements were observed in the average battery surface temperature up to 6,35°C and more homogeneous temperature distribution was achieved on the battery surface.