Yeni bir hibrit yapı kullanılarak hafiflik ve çarpışmaya dayanıklılık açısından elektrikli araç batarya kutusu yan profilinin kapsamlı optimizasyonu ve tasarımı

Abstract

Hafifletme, ulaşımda verimliliği artırır ve maliyetleri düşürür. Elektrikli araç(EA)' larda bataryayı çevreleyen gövde, çarpışma anında darbeyi iyi şekilde sönümlemelidir. Bu çalışma, M1 sınıfı bir aracın batarya kutusundaki yan profillerin, çarpışma performansını geliştirmeyi hedeflemiştir. Bataryanın hücre modüllerinin deforme olmayacağı güvenli yer değiştirme, 20 mm olarak belirlenmiş ve bu yer değiştirmedeki maksimum kuvvet ve enerji emilimi karşılaştırılmıştır. Toplam 33 farklı elektrikli ve hibrit araç modeli kıyaslanmıştır. Batarya yan profillerinde malzeme olarak genellikle alüminyum tercih edilse de, bu çalışma bataryaları daha dayanıklı ve daha hafif hale getirmek için pultrüzyon ile üretilen cam elyaf takviyeli polimer (CETP) profillerin kullanılmasına odaklanmıştır. Bal peteği ve negatif poisson oranlı geometrilerin birleştirildiği yeni bir kesit tasarımı geliştirilmiş ve bu tasarım, bal peteği yapılarına kıyasla yaklaşık %360 ve negatif poisson oranlı yapılara kıyasla %88'lik bir çarpışma performansı iyileştirmesi göstermiştir. Yapay sinir ağları (YSA) kullanılarak çok amaçlı optimizasyon yoluyla, 27 model analiz edilerek, optimum kesite ulaşılmıştır. Optimum kesit, %23,9 daha hafif, %38,6 daha ucuz ve %3 daha yüksek bir performans sergilemiştir. Deneysel kısımda ise mevcut ve optimum kesite ait kompozit numuneler elle serme yöntemiyle üretilmiş ve 3 nokta eğme testleri aynı parametrelerde gerçekleştirilmiştir. Fiziksel testler sonucunda, optimum kesitin, mevcut kesite kıyasla %6 daha iyi durumda olduğu ispatlanmıştır ve test sonuçları FEA sonuçları ile kıyaslandığında ise model, %4 sapma ile doğrulanmıştır. Bu çalışma, EA güvenliği ve maliyet verimliliğinde önemli ilerlemeler olduğunu göstererek, yenilikçi malzeme ve tasarım yaklaşımlarının pratik faydalarını vurgulamaktadır.

Lightweighting improves efficiency and reduces costs in transportation. In electric vehicles (EVs), the body surrounding the battery must effectively absorb impact in the event of a collision. This study aimed to improve the collision performance of the side profiles in the battery box of an M1 class vehicle. Safe displacement, where the battery's cell modules do not deform, was set at 20 mm, and the maximum force and energy absorption during this displacement were compared. A total of 33 different electric and hybrid vehicle models were compared. Although aluminium is typically preferred as the material for battery side profiles, this study focused on the use of pultruded glass fibrereinforced polymer (CETP) profiles to make batteries more durable and lighter. A new cross-section design combining honeycomb and negative Poisson's ratio geometries was developed, and this design demonstrated approximately 360% improvement in crash performance compared to honeycomb structures and 88% improvement compared to negative Poisson's ratio structures. Using artificial neural networks (ANN) and multiobjective optimisation, 27 models were analysed to arrive at the optimal cross-section. The optimal cross-section was 23.9% lighter, 38.6% cheaper, and 3% more efficient. In the experimental section, composite samples of the existing and optimal cross-sections were produced using the hand-layup method, and three-point bending tests were performed under the same parameters. As a result of the physical tests, it was proven that the optimal cross-section is 6% better than the existing cross-section, and when the test results were compared with the FEA results, the model was validated with a 4% deviation. This study demonstrates significant progress in EA safety and cost efficiency, highlighting the practical benefits of innovative material and design approaches.