Elektrikli Araçlarda Değişen Hava Akış Hızlarının Silindir Geometri Bataryası Üzerindeki Etkisinin Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (CFD) Analizine Dayalı Olarak İncelenmesi

Öz

Günümüz globalleşen dünyada içten yanmalı motorlu araçların popüleritesinin azalması ile birlikte mühendislik ve bilim dünyası bu araçlara alternatif araçlar geliştirme yönünde çalışmalar yapmaktadır. Bunlar hibrit ve elektrikli araçlar olarak öne çıkar. Elektrikli araçlar sıfır emisyon, maliyet, yakıt tüketimi vb. konularda avantaj sahibidir. Bu avantajların yanı sıra, menzil problemi ve batarya paketi konusundaki dezavantajlar üzerine bilim insanları bu konulara odaklanmıştır. Özellikle batarya ısıl yönetim sistemi bu konuların başında gelir. Batarya ısıl yönetim sisteminde odaklanılması gereken temel parametreler, hücre geometrisi, batarya paketi içerisindeki hücre dizilimi, hücre malzemesi, soğutucu akışkan, soğutucu akışkan giriş debisi olarak sıralanabilir. Literatürde araştırılması yapılan hücre geometrileri silindir, prizmatik ve zarf tipi olarak görülür. Yapılan çalışmada silindir geometri tasarımı seçilmiştir. Hücreler batarya paketi içerisine 4x4 şeklinde dizilmiştir. Hücre malzemesi olarak çelik atanmıştır. Soğutucu akışkan hava olarak seçilmiştir. Araştırmada tasarım CatiaV5R20 ile yapılmıştır. Analizler ANSYS CFD kullanılarak simüle edilmiştir. Bu araştırmanın amacı farklı giriş hava debilerinin hücre ısınması ya da hücrelerim soğutulmasını ne ölçüde etkilediğini tartışmaktır. Araştırma sonucunda farklı boyutlara sahip silindir hücrelerde giriş hava debisinin artmasıyla hücrelerin sıcaklığının azaldığı ve termal sistemi olumlu etkilediği görülmüştür.

Anahtar Kelimeler

• Elektrikli Araçlar
• Isıl Yönetim Sistemi
• Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği

Investigation Of The Effect Of Changing Air Flow Velocities In Electric Vehicles On Cylinder Geometry Battery Based On Computational Fluid Dynamics (CFD) Analysis

Abstract

With the decrease in popularity of internal combustion engine vehicles in today's globalizing world, the engineering and scientific world are working to develop alternative vehicles for these vehicles. These stand out as hybrid and electric vehicles. Electric vehicles have zero emissions, costs, fuel consumption, etc. has an advantage in matters. Besides these advantages, scientists focused on these issues on the disadvantages of the range problem and the battery pack. Especially the battery thermal management system is one of these issues. The basic parameters to be focused on in the battery thermal management system can be listed as cell geometry, cell array within the battery pack, cell material, refrigerant, refrigerant inlet flow rate. Cell geometries investigated in the literature are seen as cylinder, prismatic and envelope type. Cylinder geometry design was chosen in this study. The cells are arranged in a 4x4 shape inside the battery pack. Steel has been assigned as the cell material. The refrigerant has been selected as air. The design in the research was made via CatiaV5R20. The analyzes are simulated using ANSYS CFD. The purpose of this research is to discuss to what extent different inlet air flow rates affect cell heating or cooling of cells. As a result of the research, it has been observed that the temperature of the cells decreases with the increase in the inlet air flow in the cylinder cells with different sizes and has a positive impact on the thermal system.

Keywords

• Electric Vehicles
• Thermal Management System
• Computational Fluid Dynamics (CFD)

Kaynakça

1. Becker, D. (2015). KPMG's Global Automotive Executive Survey, Access Date: 29.12.2020, Link: https://assets.kpmg/content/dam/kpmg/pdf/2015/04/global-automotive-executive-survey-2015.pdf
2. Çetin, A. (2020). Elektrikli Otomobil Teknolojisi Hakkında Bir Değerlendirme, Access Date: 13.01.2021, Link: https://muhendishane.org/2016/01/17/elektrikli-otomobil-teknolojisi-hakkinda-bir-degerlendirme/ Dickinson, B. and Swan, D. (1995). EV Battery Pack Life: Pack Degradation and Solutions, Access Date: 02.01.2021, Link: https://www.sae.org/publications/technical-papers/content/951949/
3. Fleckenstein, M., Bohlen, O., Roscher, M. A., Baker, B. (2011), Current Density And State Of Charge İnhomogeneities İn Li-İon Battery Cells With Lifepo4 As Cathode Material Due To Temperature Gradients, J. Power Sources, 196 (10), 4769-4778.
4. Huang, Y., Lu, Y., Huang, R., Chen, J., Chen, F., Liu, Z.,... Roskilly, A. P. (2017). Study On The Thermal İnteraction And Heat Dissipation Of Cylindrical Lithium-Ion Battery Cells, Energy Procedia, 142, 4029-4036.
5. Hunt, I. A., Zhao, Y., Patel, Y., Offer, J. (2016). Surface Cooling Causes Accelerated Degradation Compared To Tab Cooling For Lithium-İon Pouch Cells, J. Electrochem. Soc., 163 (9), 1846-1852.
6. Keskin, A. (2009). Hibrid Taşıt Teknolojileri ve Uygulamaları, Mühendis ve Makina, 50 (597), 12-20.
7. Tamaldin, N., Yamin, A. K. M., Abdollah, M. F. B., Amiruddin, H., Abdullah, M. A. (2013). Design Optimization of Thermal Management System for Electric Vehicle Utilizing CFD Analysis, DFMEA and CES, Procedia Engineering, 68, 305-312.
8. Troxler, Y., Wu, B., Marinescu, M., Yufit, V., Patel, Y., Marquis, A.J., Brandon, N.P., Offer, G.J. (2014). The Effect Of Thermal Gradients On The Performance Of Lithium-İon Batteries, J. Power Sources, 247, 1018-1025.

9. Yang, N., Zhang, X., Shang, B., Li, G. (2016). Unbalanced Discharging And Aging Due To Temperature Differences Among The Cells İn A Lithium-İon Battery Pack With Parallel Combination, J. Power Sources, 306, 733-741.