Akademik Veri Yönetim Sistemi
Journal of Science and Technology/CUJAST, cilt.4, sa.1, ss.1-11, 2025 (Hakemli Dergi)
Bu çalışmada, 18650 tipi 21 adet lityum-iyon pilden oluşan batarya modelinin, 45° açıda ve farklı kademelerde yerleştirilen ara soğutma kanallarıyla soğutulması sayısal olarak incelenmiştir. Dikdörtgen yapıdaki batarya kutusu 92 mm genişliğinde ve 136 mm uzunluğunda tasarlanmıştır. Batarya kutusuna soğutma kapasitesini arttırmak için farklı kademelerde ara soğutma kanalları karşılıklı olarak eklenmiş ve analizler hesaplamalı akışkanlar dinamiği yöntemi yardımıyla yapılmıştır. Re= 5000, 10000, 20000 ve 40000 değerlerinde ısı transferine etkisi araştırılmıştır. Çalışma boyunca pillere sabit 48750 W/m3 ısı üretimi uygulanmıştır. Standart model ile 45° açıya sahip ara soğutma kanalları 3 farklı kademede, ısı transferi ve enerji verimliliği bakımından değerlendirilmiştir. Yapılan analizler sonucunda tüm modeller birbirleri arasında kıyaslandığında, 45° ara soğutma kademe 1 modelinin termal performansı en iyi, kademe 3 modelinin ise enerji verimliliği açısından en dengeli değerleri verdiği gözlemlenmiştir. Bunların yanı sıra batarya içi ısının 45° ara soğutma kademe 2 modelinde homojen dağılım sergilediği sonucuna ulaşılmıştır. Bu yönüyle akıllı araç teknolojilerinde gelecekteki uygulamalar için ara soğutmanın önemli potansiyele sahip olduğu düşünülmektedir.
Anahtar Kelimeler: Lityum-iyon batarya soğutma, Ara soğutma, Hesaplamalı akışkanlar dinamiği, Sonlu elemanlar yöntemi.
In this study, the cooling of a battery model consisting of 21 18650-type lithium-ion batteries is numerically investigated with intercooling channels placed at 45° angles and at different stages. The rectangular battery box is designed with a width of 92 mm and a length of 136 mm. In order to increase the cooling capacity of the battery box, intercooling channels at different stages were added to the battery box and analyses were performed with the help of computational fluid dynamics method. The effect of Re= 5000, 10000, 20000 and 40000 on heat transfer was investigated. A constant heat generation of 48750 W/m3 was applied to the batteries throughout the study. Standard model and intercooling channels with 45° angle were evaluated in 3 different stages in terms of heat transfer and energy efficiency. As a result of the analyses, when all models were compared among each other, it was observed that the 45° intercooling stage 2 model gave the best thermal performance and the stage 3 model gave the most balanced values in terms of energy efficiency. In addition to these, it was concluded that the in-battery heat exhibits a homogeneous distribution in the 45° intercooling stage 2 model. In this respect, intercooling is considered to have significant potential for future applications in smart vehicle technologies.
Keywords: Lithium-ion battery cooling, Intercooling, Computational fluid dynamics, Finite element method