Lityum iyon bataryaların termal yönetimi için sayısal çalışmalar

Yapılan tez çalışmasında, li-iyon bataryaların ideal çalışma sıcaklığında çalışabilmeleri için Faz değiştiren malzeme (FDM), sıvı destekli ve hibrit olmak üzere üç farklı batarya termal yönetim sistem (BTYS) tasarımı yapılmıştır. BTYS'lerin etkinliği maksimum sıcaklık ve sıcaklık dağılımı dikkate alınarak belirlenmiştir. 20 Ah kapasiteli batarya modülü için soğutmanın uygulanmadığı durumda üç farklı deşarj hızında (2C, 3C ve 4C) simülasyonlar gerçekleştirilmiştir. Ardından en uygun termal yönetim sisteminin belirlenmesi amacı ile FDM ile, sıvı destekli ve hibrit BTYS'nin simülasyonları gerçekleştirilmiştir. FDM ile BTYS'nin etkinliği üç farklı deşarj hızında incelenmiştir. Sıvı destekli BTYS için su ve Al2O3 nanoakışkanı olmak üzere iki farklı soğutma ortamının termal performansı dört farklı Reynolds (Re) sayısında (250, 500, 750 ve 1000), üç farklı hacim oranında (%0.5, %1 ve % 2) ve dört farklı nanopartikül geometrisinde (basık küremsi, blok, silindir ve platelet) incelenmiştir. Hibrit BTYS'nin soğutma etkinliği dört farklı Re sayısında ve üç farklı hacim oranı dikkate alınarak incelenmiş olup soğutma kanallarının FDM üzerindeki ısıl performansa etkisi araştırılmıştır. Bu çalışmada yapılan tüm simülasyonlar için hesaplamalı akışkanlar yazılımı olan Ansys Fluent programı kullanılmıştır. Sonuçlar incelendiğinde maksimum sıcaklıkta %28 oranında bir iyileşme sağladığı saptanmış olup bu oran FDM ve sıvı destekli soğutma tekniklerinde sırası ile %26 ve %27'dir. Ancak sıcaklık farkı incelendiğinde sadece hibrit ve faz değiştiren malzemenin optimum sıcaklık farkı olan 5 °C'nin altına düşürdüğü belirlenmiştir. Hibrit soğutma tekniği, FDM'nin erime başlangıç zamanını azalmasını ve katı faz içerisindeki sıvı faz dağılımını azaltılmasını sağlar ve parafin malzemesinin soğutma verimini arttırır. Bu sebeple, hibrit BTYS'nin batarya modülünün soğutulmasında en uygun strateji olduğu belirlenmiştir.