Bir batarya soğutma sisteminin bir boyutlu modellenmesi ve soğutma performansının incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada elektrikli araçlarda kullanılan Lityum Demir Fosfat (LFP- LiFePO4) kimyasına sahip bir pil seçilmiştir. Bu çalışmada bir 30 adet kese (pouch) tipi LFP hücreden oluşan (AMP20M1 HD) bir Li-Ion batarya modülü ve soğutma sisteminin bir boyutlu modeli oluşturulmuş ve sıvı soğutma performansı incelenmiştir. Bir boyutlu modelleme için Matlab Simscape Battery ve Simulink yazılımlarından faydalanılmıştır. Farklı deşarj oranlarında (2C, 3C, 4C) bataryanın ürettiği ısı miktarı ve sıcaklık değişimi literatürdeki sonuçlarla doğrulanmıştır. Batarya modülü için ise paralel kanallardan oluşan, batarya modülünü alttan soğutacak sıvı soğutma sistemi tasarlanmıştır. Elektrikli araçlarda verimliliği yüksek tutabilmek adına pompalama kayıplarını mümkün olduğunca düşük tutmak önemlidir. Bu sebeple sıvı soğutma sisteminde kayıpların daha az olduğu düşük Reynolds sayılarında laminer akış tercih edilmiştir. Farklı deşarj oranlarında, farklı Reynolds Sayıları baz alınarak farklı soğutma sıvısı debilerinde ve farklı paralel kanal sayılarında analizler gerçekleştirilmiştir. Reynolds sayısı arttıkça batarya sıcaklık değerlerinde düşüş olduğu görülmüştür.

In this study a battery with Lithium Iron Phosphate (LFP- LiFePO4) chemistry used in electric vehicles was selected. In this study, a one-dimensional model of a lithium-ion battery module consisting of 30 pouch-type LFP cells (AMP20M1 HD) and a cooling system has been designed, and the liquid cooling performance has been investigated. In this study, a one-dimensional model of a lithium-ion battery module consisting of 30 pouch-type LFP cells (AMP20M1 HD) and a cooling system has been designed, and the liquid cooling performance has been investigated. A one-dimensional modeling approach was employed using Matlab Simscape Battery and Simulink software. The amount of heat generated by the battery and the temperature change at different discharge rates (2C, 3C, 4C) were validated against results in the literatüre. For the battery module, a liquid cooling system consisting of parallel channels designed to cool the battery module from the bottom of the module. Minimizing pumping losses is crucial to maintaining high efficiency in electric vehicles. Therefore, laminar flow was preferred in the liquid cooling system, where pressure losses are lower, especially at low Reynolds numbers. Analyses were conducted with different cooling fluid flow rates and different numbers of parallel channels based on different Reynolds numbers at various discharge rates. It was observed that as the Reynolds number increased, there was a decrease in battery temperature values.