Batarya hücrelerine eklenen kanatçıkların elektrikli araç termal yönetim sistemi performansına etkisinin incelenmesi

Bu çalışmada, silindirik lityum iyon bataryalar için, havayla daha iyi bir soğutma performansı elde etmek üzere hücre düzeyinde uygulanacak, farklı tipte kanatçıklar önerilmiştir. Lityum iyon piller için termal koşullar önemli olup, daha iyi bir performans ve pil ömrü için hücre sıcaklığının 15 °C ile 35 °C arasında olması ve tüm modül hacminde 5 °C üzerinde bir sıcaklık farkı oluşmayacak şekilde homojen sıcaklık dağılımı istenir. Bu kısıtlamalar nedeniyle, elektrikli araçların Batarya Termal Yönetim Sistemlerinde (BTYS) pek çok farklı türde, aktif veya pasif soğutma yöntemi kullanılmaktadır. Çalışmada, 18650 koduyla bilinen silindirik pil hücrelerinin yanal yüzeyine doğrudan kanatçıklar entegre edilmiştir. 2 seri (2S) ve 4 seri 3 paralel (4S3P) modül konfigürasyonları farklı deşarj hızları için, kanatçık taşımayan hücreler ve halka, kare, trapezoid, pim ve ağ tipi kanatçık profillerine sahip hücreler FloEFD paket programı kullanılarak sayısal olarak analiz edilmiştir. Sayısal çalışmada, eşdeğer devre modeline göre yapılan batarya analizleri ile sistemin termal analizi eş zamanlı olarak çalıştırılmış, sonuçlar, kanatçıkların doğal taşınım ortamında 2 – 4 °C aralığında, zorlanmış taşınım ortamında 7 – 8 °C aralığında fayda sağladığı tespit edilmiştir. Ancak, bazı tasarımlarda, zorlanmış taşınım, lityum iyon piller için istenmeyen bir sıcaklık dağılımı olan 5 °C üzerinde paket içi sıcaklık farklarına neden olmaktadır. Deneysel çalışmada, sayısal olarak en etkin sonuçları veren trapezoid kesitli kanatçık eklenmiş piller için şarj-deşarj deneyleri gerçekleştirilmiş ve kanatçıklı hücrelerin kanatçıksız olanlara kıyasla daha düşük sıcaklıklara eriştiği görülmüştür. Çalışılan kanat tipleri, alan ve hacim için %150–200 aralığında, ağırlık için %33 – 40 aralığında bir artışa sebep olmaktadır. Anılan aralıklarda sıcaklık düşüşlerinin BTYS tekniği açısından önemli olduğu, hava soğutma sistemlerinin diğer soğutma yöntemlerine kıyasla yapısal basitlik, düşük maliyet ve elektriksel güvenlik gibi avantajları da dikkate alındığında, modüler kanat yapısı biçiminde önerilen yaklaşımın, ağırlık ve hacim artışlarının sorun teşkil etmeyeceği mühendislik uygulamalarında kullanılabileceği öngörülmektedir.