Elektrikli taşıtlarda batarya hücreleri arasında farklı köpük malzeme kullanımının batarya hücresi yüzey sıcaklığına etkisinin deneysel incelenmesi

Abstract

Günümüzde çevre bilincinin artması, hükümet politikalarındaki değişiklikler, fosil yakıtlı araçların yakıt fiyatı ve bakım masraflarının artması, hızlı kentleşme ile artan mobilite ihtiyaçları ile elektrikli araçlara karşı talepler artmıştır. Elektrikli araçların fosil yakıtlı araçlara kıyasla dezavantajlı görünen menzil kısıtı ve ısıl yangın probleminin aşılması için, bataryanın performansı üzerinde verimlilik çalışmaları yapılmaktadır. Batarya performansının ve verimliliğinin artırılması ve güvenli çalışması için, Batarya Isıl Yönetim Sistemi (BIMS) üzerinde yapılan eniyileme çalışmaları ile bataryanın uygun sıcaklık aralığında çalışması amaçlanmaktadır. Etkili BIMS yaklaşımlarından biri olan, batarya hücreleri arasına yerleştirilen ısıl özellikli malzemelerin kullanımı optimize edilmektedir. Bu tez çalışmasında, ticari olarak üretilen ısıl özellikli farklı silikon ve poliüretan bazlı termal köpük malzemeleri kullanılmıştır. Farklı kalınlıkta ve farklı kimyasal yapıda olan bu köpük malzemelere uygulanan farklı sıkıştırma kuvvetleri gibi temel parametreler ile, köpük malzemelerin hücreler arasındaki ısıl performansa ve elektriksel özelliklerine etkileri değerlendirilmiştir. Çalışma, etkisini değerlendirmek için hücreler arasındaki termal köpük malzemelere uygulanan kuvvetin değiştirilmesine vurgu yapılmıştır. Daha sonra her iki termal köpük malzeme üzerinde karşılaştırmalı bir çalışma yapılarak hem farklı termal köpük malzemenin hem de kuvvetin hücreler üzerindeki ısıl performası ve elektriksel özellikleri üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Bu ısıl malzemelerin hücrelerin ısıl özelliklerinin değişip değişmediğinin etkisini anlamak için hücreler tekil olarak farklı sıcaklıklarda şarj-deşarj testlerine tabii tutulmuştur. Sonuçlarda, termal köpük malzemelere uygulanan sıkıştırma kuvvetinin artırılmasıyla, hücrelerin elektriksel özelliklerinin iyileştirdiği gözlemlenmiştir. Silikon bazlı köpük, yüksek sıcaklık ortamında PU köpüğe göre ısıl ve elektriksel performans özelliklerinde daha kararlı değerler sağlamıştır.

With growing environmental awareness, shifts in government policies, rising costs of fossil-fuel vehicles, and increasing mobility needs due to urbanization, the demand for electric vehicles (EVs) has surged. To address EV challenges such as range limitations and thermal fire risks, studies focus on improving battery performance and efficiency. Battery Thermal Management Systems (BTMS) are optimized to ensure batteries operate within safe temperature ranges. This study investigates the effects of thermal foam materials, specifically silicone- and polyurethane-based foams, on thermal performance and electrical properties between battery cells. Various parameters, including foam thickness, chemical composition, and applied compression forces, were examined. The study emphasizes altering the force applied to thermal foam materials between cells to evaluate its effect. Subsequently, a comparative study was conducted on both thermal foam materials to investigate the impact of both the different thermal foam materials and the applied force on the thermal performance and electrical properties of the cells. To understand whether these thermal materials influence the thermal properties of the cells, individual cells were subjected to charge-discharge tests at different temperatures. The results showed that increasing the compression force applied to the thermal foam materials improved the electrical properties of the cells. The silicone-based foam demonstrated more stable thermal and electrical performance characteristics in hightemperature environments compared to PU foam.