Kese tipi lityum-polimer bataryaların altıgen kesitli kanatçıklar kullanılarak soğutulmasının sayısal incelenmesi

Abstract

Lityum-polimer bataryalar, mühendislikte yaygın ve kullanışlı batarya türlerinden biridir ve bu bataryaların ısıl performansı, güvenlik ve dayanıklılık açısından kritik öneme sahiptir. Hücre sıcaklığının optimum çalışma aralığında tutulması ve batarya ömrünün uzatılması için çeşitli soğutma yöntemleri geliştirilmiştir. Bu çalışmada, bir 4S1P lityum-polimer batarya modelinin altıgen kesitli kanatçıklar kullanılarak türbülanslı akışta soğutulması ve ısıl yönetimi ele alınmıştır. Ansys Fluent 24 programı ile yapılan hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizlerinde, türbülans modeli olarak standart k-ε ve RNG k- ε modelleri seçilmiştir. 5C deşarj oranı için batarya modeli, sayısal rüzgar tüneli ortamında analiz edilerek sıcaklık dağılımları incelenmiştir. Çıkan sonuçlar, RNG k- ε modeli ile elde edilen sıcaklık değerlerinin, standart k-ε modeli ile elde edilen sıcaklık değerlerinden 2-4 K daha fazla olduğunu göstermektedir. Analizlerde elde edilen en yüksek hücre sıcaklığı yaklaşık 316 K olup, kullanılan altıgen kesitli kanatçık modeli, yüksek deşarj oranları için batarya soğutmasında büyük ölçüde başarılı bulunmuştur.

Lithium-polymer batteries are widely used in engineering, and their thermal performance is of critical importance for safety and durability. Various cooling methods are developed to preserve cell temperature and battery life. In this study, cooling and thermal management of a 4S1P lithium-polymer battery in turbulent flow by using hexagonal fins are investigated. In the computational fluid dynamics analysis performed via Ansys Fluent 24 software, the standard k-ε model and RNG k-ε models are selected as the turbulence models. Temperature distributions are examined for 5C discharge rate by analyzing battery model in a numerical wind tunnel. The results show that the temperature values obtained via the RNG k-ε model are 2 – 4 K higher than the temperature values obtained via the standard k-ε model. The highest cell temperature obtained from the analysis is approximately 316 K and the hexagonal fin model used is found substantially successful with respect to battery cooling for high discharge rates.