Li-iyon Bataryaların Soğutma Performansına Dairesel ve Halkasal Jetlerin Etkisi
Öz
Bu çalışma çoklu Li-iyon batarya hücreleri içeren bir batarya modülünün soğutma performansına dairesel ve halkasal jetlerin etkisini sayısal olarak incelemektedir. Soğutucu akışkan, Tg=300K sıcaklığına sahip ortam havasıdır. Batarya modülü, 10 adet silindirik Li-iyon batarya hücrelerinden oluşmaktadır. Her bir batarya hücresinin yüzeyi q″ = 800W/m2 sabit ısı akısında korunmaktadır. Modülün üzerine yerleştirilen dairesel ve halkasal jetlerin batarya termal yönetimine etkisi 4000≤Re≤16000 aralığındaki Reynolds sayıları için analiz edilmiştir. Analizler sonucunda, batarya hücrelerinin yüzey sıcaklıkları, akışkanın yığın sıcaklığı ve çıkış sıcaklıkları tespit edilmiş ve modüldeki ısı transferi için Nusselt sayısı (Nu) hesaplanmıştır. Ayrıca her iki jet akışı için hız ve sıcaklık dağılımları elde edilmiştir. Elde edilen sonuçlar, halkasal jetin dairesel jete göre batarya hücrelerinde daha homojen bir sıcaklık dağılımına neden olduğu ve daha yüksek ısı transferi sağladığı tespit edilmiştir. Artan Reynolds sayısı ile batarya yüzey sıcaklıklarının düştüğü ve ısı transferinin iyileştiği gözlenmiştir. En yüksek ısı transferi Re=16000’de halkasal çarpan jet durumunda Nu=668.99 ve dairesel çarpan jet durumunda Nu=479.62 elde edilmiştir.
Anahtar Kelimeler
Li-iyon batarya , Batarya termal yönetimi , Halkasal jet , Dairesel jet , Sayısal çalışma
References
- Contestabile M, Panero S, Scrosati B. A laboratory-scale lithium-ion battery recycling process. J Power Sources 2001;92:65–69.
- Zheng M, You Y, Lu J. Understanding materials failure mechanisms for the optimization of lithium-ion battery recycling. Nat Rev Mater 2025;10:355–368.
- H. Behi, D. Karimi, J. Jaguemont, F.H. Gandoman, T. Kalogiannis, M. Berecibar, J. Van Mierlo, Novel thermal management methods to improve the performance of the Li-ion batteries in high discharge current applications. Energy 2021;224:120165.
- Pesaran AA, Battery thermal models for hybrid vehicle simulations. J Power Sources 2002;110:377–382.
- Zhang S B, He X, Long N C, Shen Y J, Gao Q. Improving the air-cooling performance for lithium-ion battery packs by changing the air flow pattern. Appl Therm Eng 2023;221:119825.
- Li X, Zhang Z, Zhao X, Liu S, Li H, Wang Y. How to select cooling methods for Li-ion batteries? –A review from the perspective of heat flux. J Energy Storage 2025;108:115072.
- Kaood A, Elhagali IO, Hassan MA. Investigation of high-efficiency compact jet impingement cooling modules for high-power applications. International Journal of Thermal Sciences 2023;184:108006.
- Fu J, Li Y, Cao Z, Sundén B, Bao J, Xie G. Effect of an impinging jet on the flow characteristics and thermal performance of mainstream in battery cooling of hybrid electric vehicles. Int J Heat Mass Transf 2022; 183:122206.
- Song C, Kong B, Zeng Z, Yuan N, Shi H. Innovative coupled cooling strategy for enhanced battery thermal management: Synergistic optimization of jet impingement and immersion cooling. Int J Heat Mass Transf 2024; 232:125963.
- Shi Q, Liu Q, Zhang B, Yao X, Zhu X, Ju X, et al. Multi-objective optimization of an immersion cooling battery module with manifold jet impingement: Based on precision model for high-capacity batteries. International Communications in Heat and Mass Transfer 2025; 161:108448.