Lityum iyon bataryalar için daldırma tipi termal yönetim sisteminin incelenmesi

Lityum iyon bataryalar, yüksek enerji yoğunluğu ve uzun ömür gibi avantajlarıyla elektrikli araçlarda yaygın olarak kullanılan enerji depolama sistemleridir. Ancak yüksek ısı üretme potansiyelleri, kapasite kaybı ve ısıl sürüklenme gibi sorunlara yol açabildiğinden etkin bir termal yönetim sistemi gerektirmektedir. Bu tez çalışmasında 14 seri ve 2 paralel bağlantıdan oluşan toplam 28 hücreli zarf tipi lityum iyon batarya modülünün ve doğrudan sıvı teması esasına dayalı daldırma tipi batarya termal yönetim sisteminin ANSYS-Fluent programında üç boyutlu sayısal modeli oluşturulmuştur. Model kapsamında, batarya modülünün maksimum sıcaklığının sınırlandırılması ve hücreler arası sıcaklık dağılımının homojen tutulması amaçlanmıştır. Bu doğrultuda hücreler arası mesafe, farklı kütlesel debiler ve akışkan giriş-çıkış portlarının konumları dikkate alınarak parametrik analizler gerçekleştirilmiştir. İlk aşamada batarya hücreleri arasına termal arayüzey malzemesi yerleştirilerek yapılan analizlerde, debi artışına rağmen maksimum sıcaklık 313.15 K sınırının aşıldığı ve homojenliğin sağlanmadığı ortaya konulmuştur. Bu olumsuzluğun önüne geçmek amacıyla termal arayüzey malzemesi çıkarılmış ve batarya hücrelerinin yüzeylerinin dielektrik akışkan ile doğrudan temas ettiği yeni bir yapı geliştirilmiştir. Bu ikinci modelde yapılan analizler sonucunda ise 313.15 K sıcaklık değeri altına düşürülmüş olsa da maksimum ve minimum sıcaklık farkı ortalama 13 K civarında kalmıştır. Bu nedenle hem sıcaklık homojenliğini sağlamak hem de maksimum ve minimum sıcaklık farkını azaltmak için beş farklı giriş-çıkış port tasarımı geliştirilmiştir. Geliştirilen tasarımlar arasında, U tipi akışa sahip Tasarım 3'ün en etkili sıcaklık homojenliğini sağladığı bulunmuştur. Bu tasarımda sıcaklık farkı yaklaşık 9 K'ye kadar düşürülmüş, debinin 0.21 kg/s'ye çıkarılmasıyla birlikte fark 5 K'nin altına indirilmiştir. Elde edilen bulgular daldırma tipi sıvı soğutmalı sistemlerin yüksek güçlü batarya modüllerinde hem sıcaklık kontrolü hem de termal homojenliği sağlama açısından etkili bir yöntem olduğunu göstermektedir. Bu kapsamda, çalışma batarya termal yönetim sistemlerinin tasarımında dikkate alınması gereken temel geometrik ve akış parametrelerine yönelik veriler sunmaktadır.