Browsing by Author "Altan, Simge"

Now showing 1 - 2 of 2

Experimental Study of Thermal Management in Lithium-Ion Battery of Porous Domain Integrated in Phase Change Material
(Elsevier, 2025) Altan, Simge; Gokaslan, Mustafa Yasin
Lithium-ion batteries are preferred in many areas with the development of technology. Even though the use of batteries has become widespread, temperature problems continue. Active, passive and hybrid systems are used in battery cooling. In this study, the thermal performance of battery modules with different PCM (Phase Change Material) thicknesses and porous domain at low and high discharge rates is experimentally investigated. The thermal performances of battery modules without PCM are determined to reveal the effect of PCM on battery cooling. Metal wool and copper mesh are used to increase the effective thermal conductivity of paraffin (Merck 42-44) in battery boxes with 2- and 8-mm gaps. Experiments are conducted at the highest discharge rate of 2C in both battery modules without PCM. At higher discharge rates, the battery's safe operating temperature is above that. Compared to without PCM, the highest battery surface temperatures with PCM, PCM-copper mesh and PCM-metal wool decreased by 27.9 %, 32.5 % and 33 %, respectively. As a result of the addition of porous domain into the PCM of BM1 and BM2 battery modules, the highest battery surface temperatures in BM1, PCM-copper mesh and PCM-metal wool decreased by 6.4 % and 8.7 %, respectively, while in BM2, the highest battery surface temperatures in CM-copper mesh and PCM-metal wool decreased by 3 % and 5.7 %, respectively. PCM thickness has a significant effect on the temperature of the cells inside the battery module. The temperature difference between cells is 5.4 degrees C at the highest PCM thickness (8 mm) and 8.5 degrees C at the lowest PCM thickness (2 mm). This improvement in the battery thermal management system increases its usability with its low porous domain cost and better thermal performance without additional power consumption.
Investigation of Thermal Performance of Battery Inside the Structure Consisting of Phase Change Material and Porous Media
(2024) Altan, Simge; Gökaslan, Mustafa Yasin
Bu çalışmada, lityum iyon pillerin farklı deşarj oranlarında ve farklı soğutma tasarımlarında ısıl performansları deneysel olarak incelenmiştir. Lityum iyon pillerin batarya yönetim sisteminin iyi olması kadar ısıl yönetim sisteminin de iyi tasarlanması gerekmektedir. Lityum iyon pillerde yüksek sıcaklık istenmeyen bir durumdur. Pilin yüksek sıcaklıklarda çalışması içyapısının bozulmasına, kapasitesinin kaybına ve yüksek deşarj döngüsü ömrünün azalmasına sebep olmaktadır. Bu kapsamda pil ve pil paketlerinin farklı koşullarda soğutulması durumlarındaki batarya sıcaklıkları incelenmiştir. İlk olarak tekli pil için araştırmalar yapılmış olup farklı hava kalınlıklarında ve farklı deşarj oranlarında bataryanın ve batarya kutusunun sıcaklıkları belirlenmiştir. Hava kalınlığının artması batarya ısıl performansı açısından oldukça önemlidir. Daha sonra aynı hava kalınlarındaki batarya kutusuna iki farklı faz değiştiren malzeme (FDM) yerleştirmiş ve FDM'nin batarya ısıl performansına etkisi araştırılmıştır. Düşük deşarj oranlarında her iki FDM hemen hemen aynı ısıl özelliği göstermektedir. Fakat deşarj oranı arttıkça FDM 35 malzemesi daha iyi performans göstermiştir. Fakat FDM 35 malzemesi katı fazda oldukça sert bir malzeme olup, batarya modülü oluştururken dezavantaj oluşturmaktadır. Bu yüzden katı fazda daha yumuşak olan FDM 42 malzemesi daha uygun olduğu tespit edilmiştir. Dört seri ve iki paralel bağlantıdan oluşan iki özdeş batarya modülü oluşturulmuş ve batarya kutusunun içerisinin boş, FDM'li ve kompozit FDM'li deney şartlarında farklı deşarj oranlarında batarya modülünün ısıl performansı araştırılmıştır. Bu batarya modüllerinde piller arası mesafenin 2 ve 8 mm olduğu iki farklı batarya kutusu ele alınmıştır. Boş batarya modülünde en fazla 2C deşarj oranında deneylere imkân sağlamıştır. Daha yüksek deşarj oranlarında batarya modülünün tavsiye edilen sıcaklık değerini aşmaktadır. Fakat içerisine hem FDM hem de kompozit FDM yerleştirilmesi durumunda batarya deşarj oranı 5C'ye kadar çıkmıştır. 5C deşarj oranında en yüksek batarya sıcaklığı yaklaşık 60℃ olup pil için güvenli sıcaklık aralığındandır. Düşük deşarj oranlarında FDM ve kompozit FDM'li batarya modüllerindeki batarya yüzey sıcaklıkları hemen hemen aynıdır. Deşaj oranı arttıkça gözenekli yapının etkisi de görülmeye başlanmıştır. Bakır örgü ve metal yün gözenekli yapılarla oluşturulan kompozit FDM'ler sayesinde saf FDM'ye göre batarya yüzey sıcaklığı daha düşük olduğu saptanmıştır. Ayrıca gözenekli yapı sayesinde kompozit FDM'nin efektif ısı iletim katsayısı artmış ve batarya da üretilen ısıyı ortama daha hızlı aktarmıştır. Gözenekli yapılar sayesinde FDM daha erken süre de eridiği görülmüştür. Batarya yüzey sıcaklığı bakımından hemen hemen her iki metal gözenekli ortamlar aynı performansı sergilese de bakır örgülü FDM en iyi ısıl performansı sergilemiştir. FDM'li ve kompozit FDM'li batarya modülünde de piller arası mesafenin oldukça önemli olduğu görülmüştür. Piller arası mesafe arttıkça batarya yüzey sıcaklıklarının daha düşük olduğu görülmüştür. Bu piller arası mesafe arttıkça batarya kutusunun hacmi dolayısıyla FDM hacmi artmaktadır. Batarya kutusu içerisinde daha fazla ağırlıkta FDM'nin olması batarya ısıl performansı için önemli olduğu görülmüştür. FDM ve özellikle kompozit FDM sayesinde batarya modülünün içerisindeki pillerin sıcaklıkları da daha homojen ve birbirleri ile aynı sıcaklıklardadır. Anahtar kelimeler: Batarya ısıl yönetim sistemi, Faz değiştiren malzeme, Gözenekli ortam, Lityum iyon batarya, Pasif soğutma