Elektrikli araç bataryalarının ısıl modellenmesi ve simülasyonu

Bu tezde, 110 × 50 × 15 mm boyutlarındaki prizmatik bir lityum-iyon batarya hücresinin ısıl davranışı, NTGK (Newman-Tiedemann-Gu-Kim) yaklaşımının Joule bileşeni esas alınarak gerçekleştirilen sayısal analizle değerlendirilmiştir. Çalışma kapsamında entropik ısı terimi ihmal edilmiş, yalnızca Joule ısısı dikkate alınmıştır. Batarya çalışması sırasında ortaya çıkan ısı, hem güvenliğin hem de performansın sürdürülebilirliği açısından kritik rol oynamaktadır. Özellikle yüksek C-oranlarında yapılan deşarj işlemlerinde, hücre içinde oluşan sıcaklık gradyentleri termal kaçak riskini artırmakta ve hücre ömrünü kısaltmaktadır. Bu çalışmada NTGK yaklaşımındaki entropik ısı terimi tüm senaryolarda modele dahil edilmemiş, ısı üretimi yalnızca Joule bileşeni üzerinden değerlendirilmiştir. Çalışmada ANSYS Fluent yazılımı kullanılarak üç boyutlu bir termal simülasyon modeli oluşturulmuştur. Hücre, aktif malzeme ve alüminyum dış kasa olmak üzere iki bölge halinde modellenmiş; iç ısı üretimi NTGK modelinin Joule bileşenine göre hesaplanmıştır. 0,5 C, 1 C, 2 C ve WLTC sürüş döngüsü olmak üzere dört farklı senaryo analiz edilmiş; mesh bağımsızlık testi ve enerji bilançosu denetimleri ile elde edilen sonuçların güvenilirliği teyit edilmiştir. Simülasyon çıktıları, artan deşarj oranlarıyla birlikte maksimum sıcaklık değerlerinde belirgin bir yükselme olduğunu göstermiştir. 2 C senaryosunda tepe sıcaklık yaklaşık 47,6 °C'ye ulaşırken; 1 C senaryosunda bu değer yaklaşık 39,1 °C düzeyinde kalmıştır. WLTC döngüsü altında ise maksimum sıcaklık 35,2 °C olarak elde edilmiş ve sıcaklık artışının dinamiği sabit akım senaryolarından farklılık göstermiştir. Elde edilen bulgular, NTGK tabanlı bu sayısal yaklaşımın prizmatik hücrelerin ısıl analizlerinde hızlı ve güvenilir sonuçlar verdiğini ortaya koymakta; mühendislik uygulamaları ve termal yönetim stratejilerinin geliştirilmesine önemli bir zemin sunmaktadır.