| dc.contributor.advisor | Ekici, Özgür | |
| dc.contributor.author | Gümüşsu, Emre | |
| dc.date.accessioned | 2017-06-02T07:51:50Z | |
| dc.date.available | 2017-06-02T07:51:50Z | |
| dc.date.issued | 2017 | |
| dc.date.submitted | 2017-05-10 | |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/11655/3438 | |
| dc.description.abstract | In this study, a 3-D computational fluid dynamics model (based on ANSYS Fluent 14.5 CFD program) was developed along with a problem specific experimental procedure for investigating the thermal behavior of lithium ion batteries under natural convection. The model solves the complete flow field around the battery as well as conduction inside the battery using heat generation model widely used in the literature. The model is thermally fully predictive so it requires only electrical performance parameters of the battery to calculate its temperature during discharging. Using the model, detailed investigation of the effects of the variation of the macro-scale thermophysical properties and the entropic term of the heat generation model was carried out. Results show that specific heat is a critical property that has a significant impact on the simulation results, whereas thermal conductivity has relatively minor importance. Moreover, the experimental data can be successfully predicted without taking the entropic term into account in the calculation of the heat generation. The difference between the experimental and predicted battery surface temperature was less than 3 ⁰C for all discharge rates and regardless of the usage history of the battery. The developed model has the potential to be used for the investigation of the thermal behavior of Li-Ion batteries in different packaging configurations under natural and forced convection. | tr_TR |
| dc.description.tableofcontents | TABLE OF CONTENTS
Page
ÖZET i
ABSTRACT iii
ACKNOWLEDGEMENTS v
LIST OF FIGURES viii
LIST OF TABLES x
LIST OF ABBREVIATIONS xi
NOMENCLATURE xii
CHAPTER 1 1
INTRODUCTION AND LITERATURE REVIEW 1
1.1. Introduction 1
1.2. Structure of Li-Ion Batteries 1
1.3. Thermal Behavior of Li-Ion Batteries 3
1.4. Literature Review 5
1.5. Aim and Scope of the Thesis 8
CHAPTER 2 9
THEORY AND MODELING 9
CHAPTER 3 12
EXPERIMENTAL SET UP AND METHODOLOGY 12
3.1 Charging and Discharging of Li-Ion Batteries 14
3.2 Determination of OCV, V and Entropic Term 16
3.2.1 Operating Voltage Measurements 16
3.2.2 OCV Measurements 20
3.2.3 Entropic Term Measurements 23
3.3 Repeatability of Surface Temperature Measurements 27
CHAPTER 4 29
IMPLEMENTATION OF NUMERICAL MODEL WITH COMPUTATIONAL FLUID
DYNAMICS APPROACH 29
4.1 Selection of Computational Tool 29
4.2 Solution Parameters 33
4.3 Domain, Mesh, Boundary and Initial Conditions 33
4.4 Evaluation of the Thermophysical Properties 36
CHAPTER 5 38
RESULTS AND DISCUSSIONS 38
5.1 Effect of Thermophysical Properties 38
5.1.1 Specific Heat 38
5.1.2 Thermal Conductivity 41
5.2 Effect of Discharge Rate 44
5.3 Effect of the Entropic Term 47
5.4 Effect of the Usage History 50
5.5 Temperature Distribution and Velocity Profile at the End of the Discharge 53
CHAPTER 6 55
CONCLUSIONS AND RECOMMENDATIONS FOR FUTURE WORK 55
6.1 Conclusions 55
6.2 Recommendations for Future Work 57
REFERENCES 58
APPENDIX A 63
Panasonic General Overview about Li-Ion Batteries 63
APPENDIX B 66
Panasonic Specification Sheet for NCR18650B Type Battery 66
APPENDIX C 67
UDF Codes 67
Heat generation at 0.5C with 1st approximation for entropic term 67
Heat generation at 1.0C with 1st approximation for entropic term 79
Heat generation at 1.5C with 1st approximation for entropic term 89
Heat generation at 1.0C with 2nd approximation for entropic term 98
Heat generation at 1.0C with 3rd approximation for entropic term 107
Heat generation at 1.0C with 4th approximation for entropic term 116
Heat generation at 1.0C for the new battery 124
CURRICULUM VITAE 134 | tr_TR |
| dc.language.iso | en | tr_TR |
| dc.publisher | Fen Bilimleri Enstitüsü | tr_TR |
| dc.rights | info:eu-repo/semantics/openAccess | tr_TR |
| dc.subject | Li-ion batteries, thermal modeling, thermophysical properties, entropic term, natural convection, conduction, electrical performance | tr_TR |
| dc.title | Thermal Modeling of Lithium Ion Batteries | tr_TR |
| dc.title.alternative | Lityum İyon Pillerin Isıl Modellemesi | tr_TR |
| dc.type | info:eu-repo/semantics/masterThesis | tr_TR |
| dc.description.ozet | Bu çalışmada, doğal taşınım altındaki bir lityum iyon bataryanın ısıl davranışının benzetimi için, probleme özel deneysel yöntemlerle birlikte, 3 boyutlu bir hesaplamalı akışkanlar dinamiği modeli (ANSYS Fluent 14.5 hesaplamalı akışkanlar dinamiği programı kullanılarak) geliştirilmiştir. Bu model, pilin içindeki ısı iletimini ve pilin etrafındaki bütün akış alanını çözebilmektedir. Ayrıca, ana model yapısına –literatürde sıkça kullanılan- bir pil ısı üretim modelinin de yerleştirilmesiyle pilin içerisindeki ısı üretimi doğrudan model içinde hesaplanabilmektedir. Geliştirilen model, ısıl açıdan tam kestirim gücüne sahip olduğu için pilin boşaltılması sırasında pil sıcaklığını sadece elektriksel performans verilerini kullanarak hesaplayabilmektedir. Bu model kullanılarak pilin geniş ölçekli ısılfiziksel özelliklerindeki değişimin ve ısı üretimi alt modelinde kullanılan entropik terimin, pilin ısıl benzetimine etkisi detaylı bir şekilde incelenmiştir. Sonuçlar göstermiştir ki, özgül ısı, benzetim hesaplarını etkileyen çok önemli bir unsurken, ısıl iletkenlik, sonuçlar üzerinde sadece kısıtlı bir etkiye sahiptir. Diğer taraftan entropik terim kullanılmadan koşulan benzetimlerde de deney verilerine oldukça yakın sonuçlar elde edilmiştir. Geliştirilen modelde koşulan benzetimlerde hesaplanan pil yüzey sıcaklıklarının, deneysel verilerle arasındaki fark -pilin kullanım geçmişine bağlı kalmaksızın- 3 ⁰C’den daha azdır. Geliştirilen model daha ileri seviyelerde değişik paketleme düzenleri içerisinde bulunan pillerin doğal veya zorlamalı taşınım altında ısıl davranışlarının incelenmesi ve benzetimi için de kullanılabilecek potansiyele sahiptir. | tr_TR |
| dc.contributor.department | Makine Mühendisliği | tr_TR |
