Akademik Veri Yönetim Sistemi
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Erzincan Binali Yıldırım Üniversitesi, Mühendislik-Mimarlık Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2021
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: ORHAN KALKAN
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): Kadir Bakırcı
Eş Danışman: Ali Celen
Özet:
Elektrikli araçlarda kullanılan Lityum-iyon bataryalarının termal yönetiminde, batarya sıcaklığının istenilen aralıkta tutulması, sıcaklığın homojen dağılımı ve termal yönetim için harcanan enerjinin en aza indirgenmesi en önemli hususlardır. Bu amaçlar doğrultusunda, bir LiFePO4 torba tip bataryanın belirli çalışma şartlarında soğutulması, deneysel ve sayısal olarak incelenmiştir. Yöntem: Bu çalışmada bataryanın soğutulması, havanın doğal taşınımı ile soğutma yöntemi ve sıvı ile soğutma yöntemi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Doğal taşınım şartlarındaki hava ile soğutmada, 1C-5C deşarj hızı aralığında termal görüntüleme tekniği kullanılarak batarya yüzeyindeki sıcaklık dağılımları incelenmiştir. Sıvı ile soğutma yönteminde ise iki farklı tipteki soğutucu plaka kullanılarak 0,1 L/dk, 0,6 L/dk ve 1,1 L/dk soğutma sıvısı debilerinde, 15 °C, 25 °C ve 35 °C soğutma sıvısı giriş sıcaklığı şartlarında ve 1C-5C deşarj hızı aralıklarında deneyler yapılmıştır. Bu parametrelerin soğutma performansına olan etkileri deneysel ve sayısal olarak incelenmiştir. Hava ve sıvı ile soğutma yöntemleri kullanılarak bataryanın ısıl yöntemi deneysel olarak incelenirken, ANSYS-Fluent yazılımı ile de simülasyonları yapılmıştır. Ayrıca yeni tasarlanan mini kanallı soğutucu plakanın geometrik yapısı ve içerisinde dolaştırılan soğutma sıvısının debisi optimize edilmiştir. Bulgular: Doğal taşınım şartlarında, en yüksek deşarj hızında (5C) elde edilen maksimum, minimum ve ortalama batarya sıcaklıkları ise sırasıyla 52,2 °C, 45,5 °C ve 50,1 °C olarak ölçülmüştür. Mini kanallı soğutucu plaka (MKSP) kullanımı ile serpantinli soğutucu plakaya göre ortalama batarya sıcaklığında elde edilen maksimum düşüş 5,7 °C olup, bu değer 1,1 L/dk su debisi ve 15 °C su giriş sıcaklığı şartlarında elde edilmiştir. MKSP kullanımıyla basınç kaybında, en düşük (0,1 L/dk) ve en yüksek (1,1 L/dk) su debilerinde sırasıyla %29 ve %41 oranında azalma elde edilmiştir. MKSP'nin optimizasyonu sonucunda optimum debi değeri 0,706 L/dk bulunmuştur. Sonuç: Bu çalışma sonucunda, bataryanın 3C deşarj hızı ve üzeri şartlarda havanın doğal taşınımı ile soğutulmasının yeterli olmadığı belirlenmiştir. Sıvı soğutma deneylerinde soğutma performansının en yüksek olduğu durum, MKSP kullanımı ile 25 °C su giriş sıcaklığı şartında elde edilmiştir. MKSP kullanımı ile yerel sıcaklık farkında yaklaşık %40 iyileşme elde edilmiştir. Maksimum deşarj hızında (5C) MKSP kullanımına bağlı ısı transfer hızında %22 oranında artış görülmüştür. Sonuç olarak yeni tasarıma sahip plaka ile daha etkin ve homojen sıcaklık dağılımına sahip bir soğutma sağlanırken basınç düşümleri de azaltılmıştır.