Elektrikli araçlarda kullanılan batarya paketinin termal modeli ve analizi

Abstract

Elektrikli araç sayılarının hızla arttığı günümüzde yapılan bilimsel çalışmalar da, aynı oranda bir ivme kazanmıştır. Elektrikli araç teknolojisinin yaygınlaşması adına en kritik alt sistemlerden biri olan batarya paketinin doğru analiz edilmesi, sürüş performansından menzile kadar kullanıcıyı doğrudan ilgilendiren önemli performans ölçütlerine etki etmektedir. Tez çalışması kapsamında, elektrikli aracın batarya paketinde kullanılacak lityum iyon pil hücresinin elektriksel ve termal matematik modelleri Matlab&Simulink programında oluşturulmuştur. Simülasyon çıktıları yapılan test değerleri ve Ansys programında yapılan termal analizler ile doğrulanmıştır. Oluşturulan pil modeliyle, Tesla Model S aracına ait batarya paketinin benzeri Matlab&Simulink ortamda modellenmiştir. Oluşturulan batarya paketi termal olarak Ansys programında yapılan analizler ile doğrulanmış ve elektriksel çıktıları araca ait katalog değerleriyle karşılaştırılmıştır. Araç üzerinde simülasyonlarının yapılabilmesi için, araca ait elektrik motoru ve taşıt dinamiği modelleriyle sürücü, yol şartları ve çevre şartları modelleri oluşturulmuştur. Sürüş performansını standart değerler ile karşılaştırma adına, standart sürüş çevrimlerinden NEDC tercih edilmiştir. Yol şartları ve çevre şartları modellerinde, İstanbul ve Erzurum illerinde belirlenen güzergahlar ve her bir şehre ait mevsimsel sıcaklık değerleri altında günlük, bir yıllık ve sekiz yıllık süre zarfında simülasyonları yapılmıştır. Bataryanın elektriksel performansı, termal performansı ve yaşlanma faktörü gibi değerler, grafik haline getirilerek tartışılmaya hazır hale getirilmiştir.

Nowadays, the number of electric vehicles has increased rapidly and also same growing for the scientific studies which about them. Accurate analysis of the battery pack, which is one of the most critical subsystems for the electric vehicle technology, influences important performance criteria that directly concern the user from driving performance to the range. In the scope of thesis study, electrical and thermal mathematical models of the lithium-ion battery cell to be used in the battery pack of the electric vehicle were created in Matlab & Simulink software. Simulation outputs were confirmed by the test values and thermal analyses performed in the Ansys software. The battery pack of the Tesla Model S is modeled in the Matlab & Simulink environment. The battery pack was thermally verified by the analyses performed in the Ansys software and the electrical outputs were compared with the vehicle's catalog specifications. In order to make simulations on the vehicle, electric motor and vehicle dynamics models of the vehicle and driver, road conditions and environmental conditions models were created. Also, in order to compare driving performance with standard values, NEDC was preferred from standard driving cycles. In the road conditions and environmental conditions models, it is simulated daily, one-year and eight-year periods under the seasonal temperature values of each city and the routes determined in the provinces of Istanbul and Erzurum. The electrical performance, thermal performance and aging factor of the battery are made ready for discussion by graphs.