Hibrit ve elektrikli araç bataryalarının soğutulmasının hesaplamalı olarak araştırılması

Abstract

Artan emisyon oranı ve hava kirliliği nedeniyle elektrikli araçlara talep gün geçtikçe artmaktadır. Artan talepler neticesinde elektrikli araç ve elektrikli araçlara güç sağlayan bataryalar ile ilgili çalışmalarda artmaktadır. Elektrikli araçlarda en önemli konulardan birisi bataryaların etkin ve güvenli bir biçimde soğutulmasıdır. Soğutulmanın yeterli ve homojen şekilde yapılamaması durumunda bataryalarda aşırı ısınma, batarya hücrelerinde bozunma hatta bazen patlama gibi güvenlik problemle karşılanabilir. Bu çalışmada da elektrikli ve hibrit araçlarda kullanılan Li-ion batarya paketi Ansys Fluent’de analizler 2 farklı giriş çıkış durumu için Standart k-Ɛ scalable wall function türbülans modeli kullanılarak soğutulması incelenmiştir. Öncelikle giriş hızı sabit 6 m/siçin incelenmiştir. Bu tez kapsamında pulsatile (titreşimli) akış durumunun sabit hızda uygulanan giriş hızı durumuna göre ısı transferine etkisi conjugate (iletim+taşınım) incelenmiştir. Analizler 3 boyutlu modellenerek akışkan olarak hava kullanılmıştır. Titreşimli akış durumu için akış sinüzoidal olarak tanımlanmıştır. Bu iki durum için batarya ve akış hacmi içerisindeki havanın sıcaklık basınç ve hız dağılımları incelenerek batarya yüzeyindeki ortalama ısı transfer katsayılarına ait grafikler çizdirilmiştir. Literatürde giriş akış hızının sinüzoidal akış kullanılarak verilmesi ve giriş hızının sabit hız kullanılması durumu karşılaştırılması ile alakalı çalışmalar bataryalarda fazla yapılmamıştır. Bu nedenle bu çalışmanın yenilikçi ve özgün bir şekilde literatüre kazandırılması amaçlanmıştır.

Due to the increasing emission rate and air pollution, the demand for electric vehicles is increasing day by day. As a result of increasing demands, studies on electric vehicles and batteries that power electric vehicles are increasing. One of the most important issues in electric vehicles is the effective and safe cooling of the batteries. If the cooling is not done adequately and homogeneously, safety problems such as overheating of the batteries, deterioration of the battery cells and sometimes even explosions may be encountered. In this study, the cooling of the Li-ion battery pack Ansys Fluent, which is used in electric and hybrid vehicles, was investigated using the Standard k-Ɛ scalable wall function turbulence model for 2 different input and output situations. Firstly, the input velocity is investigated for a constant 6 m/s. Within the scope of this thesis, the effect of the pulsatile (vibrating) flow state on the heat transfer according to the inlet velocity applied at constant speed was investigated. The analyzes were modeled in 3D and air was used as the fluid. For the pulsating flow situation, the flow is defined as sinusoidal. For these two cases, the temperature, pressure and velocity distributions of the air in the coil and flow volume were examined and graphs of the average heat transfer coefficients on the coil surface were drawn. In the literature, studies related to the comparison of the inlet flow rate using sinusoidal flow and the inlet velocity using constant velocity have not been done much in batteries. For this reason, it is aimed to bring this study to the literature in an innovative and original way.