Zorlanmış Hava Soğutma Esaslı Lityum Bazlı Silindirik bir Batarya Hücresinin Isı Dağılım Performansının Nümerik İncelenmesi
Öz
Batarya modülünden çekilen güç miktarının artmasıyla batarya hücrelerinin ve dolayısıyla batarya modülünün sıcaklıkları da artmaktadır. Bu durum batarya hücresinde kapasite ve performans kaybına sebep olmaktadır. Bu amaçla, bu çalışmada giriş kısmına fan yerleştirilen bir kanal içerisinde konumlandırılmış silindirik bir LiFeS2 batarya hücresinin 1000 rpm, 2000 rpm ve 3000 rpm olmak üzere üç farklı fan devrinde ve 0.2C, 0.4C, 0.6C ve 0.8C olmak üzere dört farklı deşarj oranında sergilediği termal ve elektriksel performans nümerik olarak incelenmiştir. Nümerik modelleme için ANSYS Fluent paket programı içerisinde yer alan İkili Potansiyel Çok Ölçekli Çok Alanlı (MSMD) batarya modülü kullanılmıştır. Lityum bataryanın termal ve elektriksel karakteristiğinin modellenmesinde Eşdeğer Devre Modeli (ECM) kullanılmıştır. Sonuçlar deşarj oranları açısından değerlendirildiğinde, artan deşarj oranlarıyla batarya sıcaklıklarının da arttığı ve verebildikleri gerilim değerlerinin azaldığı görülmüştür. Ayrıca, deşarj oranın artmasıyla batarya hücresinin stabil olarak sağladığı gerilim süresi de azalmıştır. Bu bağlamda 0.2C deşarj oranında gerilim değeri 1.42 V seviyelerinde stabil bir seyir izlerken, 0.8C’de 0.8V ve 1V arasında değişkenlik göstermiştir. Fan devrinin etkisi incelendiğinde, 0.8C deşarj oranında hesaplama süresi sonunda batarya hücresi üzerinde meydana gelen ortalama sıcaklıklar 1000 rpm durumuna göre karşılaştırıldığında fan devrinin iki katına çıkmasıyla %20.35, üç katına çıkmasıyla %28.56 oranında azalmıştır.
Anahtar Kelimeler
Lityum Batarya, Deşarj Hızı, Batarya Modelleme, Fanlı Soğutma
Destekleyen Kurum
Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu (TÜBİTAK)
Proje Numarası
123M582
Etik Beyan
Yapılan çalışmada araştırma ve yayın etiğine uyulmuştur.
Teşekkür
Bu çalışma Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu (TÜBİTAK, proje no 123M582) tarafından desteklenmiştir.
Kaynakça
- Alsabari, A., Hassan, M. K., che soh, A., & Zafira, R. (2021). Modeling and validation of lithium-ion battery with initial state of charge estimation. Indonesian Journal of Electrical Engineering and Computer Science, 21, 1317. doi:10.11591/ijeecs.v21.i3.pp1317-1331
- Alsharif, K. I., Pesch, A., Borra, V., Cortes, P., MacDonald, E., Li, F. X., & Choo, K. (2022). Transient Thermal and Electrical Characteristics of a Cylindrical LiFeS2 Cell with Equivalent Circuit Model. ArXiv, abs/2311.02095.
- ANSYS Fluent Battery Module Manual (2015). ANSYS®, Inc. Canonsburg, PA: SAS IP Inc.
- Bilgen, S. (2014). Structure and environmental impact of global energy consumption. Renewable & Sustainable Energy Reviews, 38, 890-902. doi:10.1016/j.rser.2014.07.004
- Chaoui, H., & Gualous, H. (2017). Online parameter and state estimation of lithium-ion batteries under temperature effects. Electric Power Systems Research, 145, 73-82. doi:https://doi.org/10.1016/j.epsr.2016.12.029
- Chen, S. C., Wan, C. C., & Wang, Y. Y. (2005). Thermal analysis of lithium-ion batteries. Journal of Power Sources, 140(1), 111-124. doi:10.1016/j.jpowsour.2004.05.064
- Deng, D. (2015). Li-ion batteries: basics, progress, and challenges. Energy Science & Engineering, 3(5), 385-418. doi:10.1002/ese3.95
- Gao, Z., Chin, C. S., Woo, W. L., & Jia, J. (2017). Integrated Equivalent Circuit and Thermal Model for Simulation of Temperature-Dependent LiFePO4 Battery in Actual Embedded Application. Energies, 10(1). doi:10.3390/en10010085
- Greco, A., Jiang, X., & Cao, D. P. (2015). An investigation of lithium-ion battery thermal management using paraffin/porous-graphite-matrix composite. Journal of Power Sources, 278, 50-68. doi:10.1016/j.jpowsour.2014.12.027
- Guo, G. F., Long, B., Cheng, B., Zhou, S. Q., Xu, P., & Cao, B. G. (2010). Three-dimensional thermal finite element modeling of lithium-ion battery in thermal abuse application. Journal of Power Sources, 195(8), 2393-2398. doi:10.1016/j.jpowsour.2009.10.090
kapsamında lisanslanmıştır.