Lityum iyon pil hücresinin termal karakterizasyonu - Taylan, Gizem (2019)
Enerjiye duyulan ihtiyacın artması ile birlikte enerji kaynaklarının azalması, çevre kirliliği, enerji üretimi ve tüketimi arasındaki farkın hızla büyümesi sonucu alternatif kaynaklara ihtiyaç duyulmuştur. Enerji talebindeki hızlı artışın karşılanabilmesi için enerji kaynaklarından elde edilen enerjinin verimli bir şekilde depolanması ve ihtiyacı karşılayacak en uygun dönüşümlerin geliştirilmesi, en yararlı çözümlerden biri olacaktir. Son yıllarda yüksek enerji yoğunlukları ve uzun çevrim ömrü sayesinde, lityum-iyon piller yoğun olarak araştırılmaktadırlar. Li-ion piller genellikle 0°C derecenin altındaki sıcaklıklarda şiddetli güç kaybına ve aşırı yüksek sıcaklıklarda termal kaçak riskinde artışla karşı karşıya kalmaktadırlar. Bu nedenle, sistem sıcaklığını kabul edilebilir bir aralıkta kontrol etmek ve tüm sistem boyunca sıcaklık homojenliğini korumak için bir termal yönetim sistemi gereklidir. Bu tezde, iç sıcaklık dinamiklerini açıklayan genel bir modelleme metodolojisi ve silindirik bir pil hücresindeki sıcaklık dağılımı üzerinde durulmuştur. Hücreler arasındaki sıcaklık dağılımı daha tutarlı olan ve kolay boyutlandırılabilir bir li-iyon batarya tasarımı amaçlanmıştır. Bu tasarım yapılırken Zhenpo ve çalışma arkadaşlarının yaptığı çalışmadaki matemetiksel modelleme ve kimyasal yapı baz alınmıştır. Samsung 18650 li-iyon pil kullanarak sıcaklık problemlerini önceden tahmin etmek ve çözümlemek için yeni bir sonlu hacim modeli geliştirilmiştir. Batarya paketinin ısı akış alanı verilerini hesaplamak için CFD tabanlı olan FloEFD yazılımı kullanılmıştır. Termal kamera ile yüzey sıcaklığı ölçülen hücre ve modülün FloEFD programı ile analizi yapılmıştır. Analiz sonucunda elde edilen maksimum sıcaklık değerleri tek hücre için 34,02°C, 14 tane lityum iyon bataryadan oluşan modül için 40,16°C olarak bulunmuştur. Termal kamera ile ölçülen sıcaklık sonuçları ise tek hücre ve modül için sırasıyla 32.9°C ve 40°C olarak ölçülmüştür. Lityum-iyon pilin çevreye yaydığı ısı nedeniyle bağlı bulunduğu cihaza verdiği zararı engellemek ve batarya sıcaklığını düşürebilmek amacıyla, batarya polimer(PA66) bir malzeme ile çevrilmiştir. Kaplama sonrası FloEFD yazılımı ile yapılan analiz sonucu maksimum sıcaklık 37,71°C, termal kamera yardımıyla test sonucu sıcaklığı ise 38,8°C olarak ölçülmüştür. Analizler 25°C çevre şartlarında, ışınım etkisi ve yerçekimi etkileri dikkate alınarak yapılmıştır. Çalışma sonunda lityum iyon batarya için kurulan ısıl model doğrulanmıştır. Polimer katkılı bir malzeme ile çevrilen bataryaların sıcaklık dağılımlarının düzenli olduğu ve bataryalarda sıcaklık problemi olmadığı tespit edilmiştir. Anahtar kelimeler: Lityum-iyon Batarya, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği, Termal Model, Sıcaklık Dağılımı, FloEFD