Elektrikli Araçlarda Kullanılan Silindirik Lityum İyon Bataryaların Soğutulmasının Parametrik İncelenmesi

İçten yanmalı motorlara sahip araçlarla kıyaslandıklarında çevreci olmaları sebebiyle elektrikli araçlar ön plana çıkmaya başlamıştır. Elektrikli araçların bataryalarının performansına ve ömrüne etki eden parametrelerden birisi de batarya çalışma sıcaklığıdır. Bataryaların istenilen sıcaklık seviyesinde tutulması için havayla soğutma, sıvıyla soğutma, ısı borusuyla soğutma, faz değiştiren malzemeyle soğutma ve termoelektrik ile soğutma gibi farklı soğutma yöntemleri kullanılmaktadır. Bu çalışmada, elektrikli araçlarda kullanılan silindirik lityum iyon bataryalardan oluşan 10x10 şeklinde dizilmiş bir batarya grubu göz önüne alınmış ve bataryaların havayla ve elektriksel olarak yalıtkan olan sıvıyla (Novec7200) soğutulması parametrik olarak incelenmiştir. Akışkan giriş sıcaklığının (15oC-35oC), farklı deşarj hızlarında bataryada meydana gelen ısı üretiminin (2-6 W) ve Reynolds sayısının (22559-67678) ortalama batarya sıcaklığına ve basınç kaybına etkisi araştırılmıştır. Yapılan hesaplamalar sonunda hava sıcaklığının 15oC üzerine çıktığı hava şartlarında doğrudan soğutmanın yeterli olmadığı bu sebeple sıvı soğutmanın kullanılmasının gerekli olduğu belirlenmiştir. Buna ek olarak, sabit Reynolds sayılarında hava ve sıvı soğutma kullanımı ile ortaya çıkacak basınç kayıpları hesaplanmıştır. Sabit Reynolds sayıları için sıvı hızının hava hızından daha düşük olması sebebiyle, hava ve sıvı soğutma şartlarında basınç kaybında ciddi bir değişim gözlemlenmemiştir.

Anahtar Kelimeler:

Batarya soğutma, hava ile soğutma, sıvı ile soğutma, batarya ısıl yönetimi, elektrikli araçlar

PDF

___

[1] Tie SF, Tan CW. A review of energy sources and energy management system in electric vehicles. Renewable Sustainable Energy Rev 2013; 20: 82-102.
[2] http://tehad.org/wp-content/uploads/2019/07/w-2019-TR_-ilk-YARI-sat%C4%B1%C5%9F-rakamlar%C4%B1.jpg
[3] Dincer I, Hamut HS, Javani N. Thermal Management of Electric Vehicle Battery Systems. John Wiley & Sons, 2016.
[4] Yong, JY, Ramachandaramurthy VK., Tan KM, Mithulananthan, N.. A review on the state-of-the-art technologies of electric vehicle, its impacts and prospects. Renewable Sustainable Energy Rev 2015; 49: 365-385.
[5] Lelie M, Braun T, Knips M, Nordman,H, Ringbeck F, Zappen H, Sauer D. Battery management system hardware concepts: An overview. Appl Sci 2018; 8(4): 534.
[6] Wang Q, Jiang B, Li B, Yan, Y. A critical review of thermal management models and solutions of lithium-ion batteries for the development of pure electric vehicles. Renewable Sustainable Energy Rev 2016; 64: 106-128.
[7] Siddique ARM, Mahmud S, Van Heyst B. A comprehensive review on a passive (phase change materials) and an active (thermoelectric cooler) battery thermal management system and their limitations. J. Power Sources 2018; 401: 224-237.
[8] Park S, Jung D. Battery cell arrangement and heat transfer fluid effects on the parasitic power consumption and the cell temperature distribution in a hybrid electric vehicle. J. Power Sources 2013; 227: 191-198.
[9] Li X, He F, Ma L. Thermal management of cylindrical batteries investigated using wind tunnel testing and computational fluid dynamics simulation. J. Power Sources 2013; 238: 395-402.
[10] Wang T, Tseng KJ, Zhao J, Wei Z. Thermal investigation of lithium-ion battery module with different cell arrangement structures and forcedair-cooling strategies. Appl Energy 2014; 134: 229-238.
[11] Yang N, Zhang X, Li G, Hua D. Assessment of the forced air-cooling performance for cylindrical lithium-ion battery packs: A comparative analysis between aligned and staggered cell arrangements. Appl Therm Eng 2015; 80: 55-65.
[12] Saw LH, Ye Y, Tay AA, Chong WT, Kuan SH, Yew MC. Computational fluid dynamic and thermal analysis of lithium-ion battery pack with air cooling. Appl Energy 2016; 177: 783-792.
[13] Jiaqiang E, Yue M, Chen J, Zhu H, Deng Y, Zhu Y, Zhang F, Wen M, Zhang B, Kang S. Effects of the different air cooling strategies on cooling performance of a lithium-ion battery module with baffle. Appl Therm Eng 2018; 144: 231-241.
[14] Shahid S, Agelin-Chaa, M. Development and analysis of a technique to improve air-cooling and temperature uniformity in a battery pack for cylindrical batteries. Therm Sci Eng Prog 2018; 5: 351-363.
[15] Fan Y, Bao Y, Ling C, Chu Y, Tan X, Yang S. Experimental study on the thermal management performance of air cooling for high energy density cylindrical lithium-ion batteries. Appl Therm Eng 2019; 155: 96-109.
[16] Cengel Y. Heat and Mass Transfer: Fundamentals and Applications. McGraw-Hill Higher Education, 2014.