Li-Ion batarya hücresinin farklı dış ortam koşullarında ısıl davranışının deneysel incelenmesi

Abstract

Bu tez çalışmasında, lityum-iyon batarya hücresinin düşük ortam sıcaklıklarında (–5 °C, 0 °C, +5 °C) sergilediği ısıl davranışlar deneysel olarak incelenmiştir. Çalışmada kese tipi bir batarya hücresi, sıcaklığı hassas biçimde kontrol edilebilen bir termal kabin içerisine yerleştirilerek belirlenen sıcaklıklarda şarj ve deşarj testleri yapılmıştır. Şarj süreci sabit akım-sabit voltaj (CC-CV) yöntemiyle, deşarj ise sabit akım (CC) yöntemiyle gerçekleştirilmiştir. Deneyler sırasında hücre yüzey sıcaklıkları hem temaslı (K tipi termokupl) sensörlerle hem de termal kamera ile izlenmiştir. Toplanan sıcaklık verileri; zamana, akıma ve voltaja bağlı olarak grafiksel olarak değerlendirilmiş, hücre yüzeyinde konuma bağlı sıcaklık dağılımları yorumlanmıştır. Bulgular, düşük sıcaklıklarda özellikle şarj sürecinde sıcaklık artışının daha belirgin olduğunu, hücrenin merkezinden katoda doğru yayılan bir ısı transferi yaşandığını ve bu durumun iç direnç artışına bağlı geliştiğini göstermektedir. Ayrıca, voltaj eğrilerinde düşük sıcaklıklarda daha erken voltaj düşüşleri ve artan polarizasyon farkları gözlemlenmiştir. Bu çalışma, düşük sıcaklık koşullarında batarya hücrelerinin performansını ve güvenliğini etkileyen parametrelerin anlaşılmasına katkı sağlamayı amaçlamaktadır. Elde edilen veriler, elektrikli araçlarda batarya yönetim sistemlerinin düşük sıcaklık senaryolarına göre optimize edilmesi açısından önem taşımaktadır.In this thesis, the thermal behaviors of lithium-ion battery cells at low ambient temperatures (-5°C, 0°C, +5°C) were experimentally investigated. In the study, a pouch battery cell was placed in a thermal cabin with precisely controlled temperature and charge and discharge tests were performed at the determined temperatures. The charging process was carried out with the constant current-constant voltage (CC-CV) method, and the discharge was carried out with the constant current (CC) method. During the experiments, cell surface temperatures were monitored with both K-type thermocouple and a thermal camera. The collected temperature data were evaluated graphically depending on time, current and voltage, and the temperature distributions depending on the position on the cell surface were interpreted. The findings show that the temperature increase is more pronounced especially during the charging process at low ambient temperatures, that there is a heat transfer spreading from the center of the cell to the cathode, and that this situation develops due to the increase in internal resistance. In addition, earlier voltage drops and increased polarization differences were observed in the voltage curves at low temperatures. This study aims to contribute to the understanding of the parameters that affect the performance and safety of battery cells under low temperature conditions. The data obtained are important for optimizing battery management systems in electric vehicles according to low temperature scenarios.