Numerical and experimental investigation of an electric vehicle battery module thermal management system

Abstract

Today, electric vehicles play an essential role in preventing pollution from fossil sources. Therefore, it is vital to develop battery technology in electric vehicles. The biggest problem experienced is the thermal runaways, which is a phenomenon that may cause burning and explosions following the decrease in battery capacities. The thermal runaway problem can be solved by using the thermal management system to keep the temperature range under control. In this study, a 6.7 kWh battery pack was produced. Battery pack operation consists of two parts, mechanical and thermal. In the mechanical part, battery pack assembly and drop tests, one of the mechanical tests, were carried out. At the end of the battery pack assembly, voltage measurements were made, and the accuracy of the assembly was demonstrated. Besides, a numerical and experimental study supported drop tests. As a result of this study, the battery case did not show permanent deformation (2.529x 108 N/m2) as suggested in the numerical experiments (1.263x 108 N/m2). Discharge characteristics and battery module model were discussed in the thermal management part. The information in the literature confirmed the discharge characteristic. The gap between the battery cells reached its most efficient value at 8 mm. In the developed battery module, thermal management was attempted using a heat plate and a cooling pipe. According to the numerical results, the battery module reaches 311.37K at 10C discharge. In the experimental process, the battery pack was charged with 15 amps and discharged with 30 amps. Moreover, the temperature values reached a maximum of 31 degrees. In the experiment on electric vehicles, a maximum discharge level of 255 A was observed. In this experiment, the battery pack reached a maximum of 36 degrees.

Günümüzde elektrikli araçlar, fosil kaynaklardan kaynaklanan kirliliğin önlenmesinde önemli bir rol oynamaktadır. Bu nedenle elektrikli araçlarda pil teknolojisinin geliştirilmesi hayati önem taşımaktadır. Yaşanılan en büyük sorun, pil kapasitelerinin düşmesini takiben yanma ve patlamalara neden olabilen bir olgu olan termal kaçaklardır. Termal kaçak sorunu, sıcaklık aralığını kontrol altında tutmak için termal yönetim sistemi kullanılarak çözülebilir. Bu çalışmada 6,7 kWh pil takımı üretilmiştir. Batarya paketi çalışması mekanik ve termal olmak üzere iki kısımdan oluşur. Mekanik kısımda ise mekanik testlerden biri olan pil takımı montajı ve düşürme testleri yapılmıştır. Pil takımı montajının sonunda voltaj ölçümleri yapılmış ve montajın doğruluğu ortaya konmuştur. Bunun yanısıra, sayısal ve deneysel bir çalışma, düşürme testlerini destekledi. Bu çalışma sonucunda pil kutusu sayısal deneylerde (1.263x 108 N/m2) önerildiği gibi kalıcı deformasyon (2.529x 108 N/m2) göstermedi. Termal yönetim bölümünde deşarj özellikleri ve pil modülü modeli tartışıldı. Literatürdeki bilgiler deşarj karakteristiğini doğruladı. Pil hücreleri arasındaki boşluk 8 mm'de en verimli değerine ulaştı. Geliştirilen pil modülünde bir ısı plakası ve bir soğutma borusu kullanılarak termal yönetim denenmiştir. Sayısal sonuçlara göre pil modülü 10C deşarjda 311,37K değerine ulaşıyor. Deneysel süreçte batarya paketi 15 amper ile şarj edilmiş ve 30 amper ile deşarj edilmiştir. Ve sıcaklık değerleri maksimum 31 dereceye ulaşmıştır. Elektrikli araçlar üzerinde yapılan deneyde maksimum 255 A deşarj seviyesi gözlemlendi. Bu deneyde, batarya paketi maksimum 36 dereceye ulaştı.