2. Giriş
Elektrikli araçların yaygınlaşmasıyla elektrikli araçların termal yönetimi
günümüzde revaçta olan bir konu haline gelmiştir. Elektrikli araçların termal
yönetimi taşıtın sahip olduğu enerjinin efektif olarak kullanılması anlamına gelir.
Elektrikli araçta ana güç kaynağı bataryadır. Bataryadaki elektrik enerjisi ile elektrik
motoru tahriklendirilip mekanik iş elde edilebildiği gibi taşıtta bulunan yüksek
voltajla çalışan klima kompresörleri ve diğer düşük akım çeken alıcılar, hepsi
bataryada ki enerjiyle beslenir. Bu enerjinin bataryanın kullanımı esnasında
kimyasal reaksiyonlar ile ısıya dönüşen formu sıvı soğutmalı ya da hava soğutmalı
termal yönetim sistemleriyle taşıt kabini ve batarya-elektronik komponentler
arasında hedeflenen isterler doğrultusunda termal yönetimi kontrol edilerek hem
yolcu konforu hem de taşıt performansı sağlanmaktadır.
3. Elektrikli Araçlarda Termal Yönetim Nedir ?
● Elektrikli araçların termal yönetimi demek araçtaki ısı akışının yönetimi anlamına
gelmektedir.
● Bu ısıyı yönetmek için kullandığımız yöntemleri efektif bir şekilde uygulayabilmek için
sistemde bulunan komponentlerin ve alt sistemlerin kontrolü ve tüm sistemin
tasarımının kompakt bir şekilde yapılmasıyla ısı akışının kontrolüyle enerjinin efektif
olarak kullanılması sağlanır.
● Elektrikli Araçlarda yolcuların konforu ve batarya başta olmak üzere komponentlerin
uygun çalışma sıcaklığında çalışmasıyla sağlanan performans ve verim , termal yönetim
sistemleri geliştirilirken göz önüne alınır.
● Elektrikli Araçlardan beklenen isterler genel olarak sırasıyla hızlı şarj, menzil ve taşıt
performansıdır. Bu parametreleri başarabilmenin yolu termal yönetim sistemlerinden
geçmektedir.
6. Batarya, kabin, güç elektroniği ve elektrik motorunun
termal yönetimi akıllı entegre sistemler ile
gerçekleştirilir.
7. Termal Yönetim Türlerini 3’e Ayırabiliriz
Bir elektrikli aracın
termal yönetiminde
iklimlendirme ve
batarya termal
yönetim sistemleri yer
alır. Entegre
sistemlerde batarya
ile iklimlendirme
birlikte çalışır.
8. Batarya Termal Yönetimi
Batarya Termal Yönetimi günümüzde hava soğutmalı ve sıvı soğutmalı
olmak üzere iki farklı kullanım biçiminde karşımıza çıkar. Faz değiştiren
madde bazlı termal yönetim henüz prototip aşamasında yapılmış bir
çalışmadır.
10. Batarya Hücre Sıcaklığı Neden Sonuç Etki
YÜKSEK
Elektrolit Ayrışması Geri dönüşü olmayan lityum kaybı Kapasite Azalışı
Düşük oranda yan
reaksiyonlar
Empedans Yükselişi
Güç Azalışı
Li-iyon ara katmanı için
erişilebilir anot yüzeyinin
azaltılması
Bağlayıcının ayrışması Mekanik dengenin kaybı Kapasite ve güç azalışı
25 °C – 40 °C Maksimum Çevrim Ömrü
15 °C – 24 °C Üstün Enerji Depolama Kapasitesi
DÜŞÜK
Lityum Kaplama
Geri dönüşü olmayan lityum kaybı
Kapasite ve güç azalışı
Elektrolit Ayrışması
Elektrolit kaybı
12. Batarya Paketi Genel Yapısı ve Kontrolü
Batarya paketi emniyetli ve sağlıklı çalıştırılması için sensörlerden alınan
girdiler ile BTMS aracılığıyla kontrol edilir. Batarya paketinde bulunan
modüllerdeki her bir hücre arası sıcaklık ve toplam sıcaklık farklılıkları
sensörler ile okunur.
13.
14. Hava ile Soğutma
● Paralel hava kanallı soğutma, seri hava kanallı soğutmaya göre üstündür. Hava
kanallarının aralığı ısının dağıtımını etkilemektedir. Hava kanalı yapılarının şekline göre
hava debisi ve basınç düşüşleri gibi sonuçlar meydana gelir. Batarya hücrelerinin
sıcaklığının uniform yapısı sağlanması içinde hava akışkanının uniform olarak ısıyı
dağıtması gerekir.
15. Sıvı ile Soğutma
● Batarya paketini soğutmanın alternatif bir yolu, sıvı soğutkanı ceketler
aracılığıyla veya etrafındaki farklı tüpler aracılığıyla dolaştırmak veya
doğrudan sıvı soğutmalı bir plaka üzerine yerleştirmektir.
● Sıvı soğutmada hava soğutmada ki basınç düşüşleri gibi dezavantajı
yoktur.
● Sıvı soğutkanın ısı soğutma kapasitesi ve termal iletkenliği iyidir.
● Sıvı soğutmalı termal yönetimin hava soğutmalı termal yönetimden 3500
kat verimli olduğu düşünülmektedir.
● Hava ile soğutma daha çok termal yönetim isterinin az olduğu hibrit
elektrikli araçlarda uygulanabilir. Sıvı soğutma ise tam elektrikli araçlarda
kullanılıır.
17. ● Batarya soğutma plakası, içinden bir soğutucunun pompalandığı bir veya
daha fazla kanal içeren ince plakalardan meydana gelen yapı bütünüdür.
Isı transferi, batarya hücrelerinden soğutma plakasına iletilir ve akışkan
tarafından istenilen seviyeye kadar sistemin sıcaklığının dengeye gelmesi
sağlanır.
18.
19. ● Batarya paketindeki her modülde sıvı soğutma için borular bulunur.
Boruların sayısı üreticilerin tercihine göre ve soğutma isteğine göre
değişebilir.
20. Isı Emici Soğutucu Plaka
Daha hızlı ısı transferi Daha yavaş ısı transferi
Daha fazla alan kaplar Daha az alan kaplar
Daha az enerji absorbe
eder
Daha fazla enerji absorbe
eder
Daha fazla ağırlık Daha az ağırlık
Batarya paketinden geçireceğimiz
soğutucu sıvının modüller ve
hücreler arasından hangi düzende
ve ne şekilde geçeceğinde ağırlık ve
alan gibi kısıtlamalar ve
sınırlamalar bulunmaktadır. Buna
bağlı olarak soğutma plakası ve ısı
emici yöntemi ile soğutma boruları
imal edilir. Soğutma plakası daha
fazla alan sağlar. Aynı zamanda
daha fazla enerjiyi absorbe
edebilir. Ancak ısı dağıtımını daha
yavaş yapar. Heat sink ise silindirik
hücreler arasından geçirildiği için
temas yüzeyinin artmasına bağlı
olarak daha hızlı ısı transferi
gerçekleştirecektir.
21. Yeni Çıkan Teknikler ile Batarya Termal Yönetimleri
● Termoelektrik soğutucular bakım gerektirmeyen ve hareketli parçası
olmayan katı hal ısı pompalarıdır.
22. Termo-akustik Soğutma
● Termal değişimlerin ses oluşumuna yol açabileceği bilinmektedir.
Dolayısıyla termodinamik ve akustik arasındaki etkileşim, soğutma etkisi
yaratmak için kullanılabilir. Termo-akustik soğutucular Stirling döngüsünü
kullanır ve ısıyı pompalamak için çalışma akışkanı olarak rezonanslı yüksek
yoğunluklu ses dalgalarını ve sıkıştırılabilir bir inert gaz karışımını kullanır.
23. Ön Isıtma Stratejisi
● Çok soğuk sıcaklık koşullarında Li-ion hücrelerin kinetiği iç direncinin bir hayli
artmasından ötürü azalacaktır. Bataryadaki hücrelerin sıcaklığı çevre havası
sıcaklığının düşmesi sonucu azalacağından bu hücreleri ısıtacak elektrikli bir
ünite kullanılır. Hücrelerdeki sıcaklığın düşmesi sensörler ile algılanır.
Sensörler taşıt kontrol sistemine haber gönderir. Taşıt kontrol sistemiyse
batarya paketinin üst ve alt plakasında bulunan PTC ısıtıcıyı enerjilendirerek
bataryayı ısıtır. PTC ısıtıcılar yüksek akım ile çalıştıklarından dolayı enerji
sarfiyatı fazladır. Bu enerjide gene bataryadan karşılanacağına göre menzilde
düşüş gözlenir.Taşıt kontrol ünitesinin PTC ısıtıcıyı enerjilendirerek aktif etmesi
uzaktan kontrol ile de sağlanabileceği için sürücünün uzaktan komutuyla araç
soğuk koşullar altında sürüşe hazırlanabilmektedir.
33. Batarya paketindeki özel bir evaporator taşıtta AC sistemi ile
bağlantılıdır.Batarya evaporatörü AC ile entegre etmek oldukça kompakt
bir çözümdür. Evaporatörün özel tasarımı ve onu AC sistemiyle entegre
etmenin sonucu olarak ısı değişimi için büyük bir temas yüzeyi sağlanır.
34. İkincil Döngülü Soğutma
İkincil döngülü soğutmalı entegre termal yönetim sisteminde 4 yol valfi ile 3
seçenek oluşuyor. Bunlar sırasıyla; ortam sıcaklığı ile bataryayı soğutmak, ptc
ısıtıcı ile bataryayı ısıtmak ve chillere giden yolu kullanarak soğutucu akışkanın
soğutma kapasitesiyle bataryayı soğutmaktır.
35. Tersine Çalışabilen Isı Pompalı Entegre Sistem
Bu sistem ile yazın soğutma, kışın ise ısıtma yaparak önemli ölçüde menzil
artırılabilmektedir.
36. SONUÇLAR
● Elektrikli bir aracın termal yönetimi üreticinin termal komponentlerin
tasarımını ve onları yerleşim ve kullanımı ile farklılıklar gösterebilir. Ancak
temelde ki hedef bataryada ki enerjinin efektif bir şekilde kullanılarak elektrikli
aracın performansına, ömrüne ve yolcu konforunu iyileştirmektir.
● Yapılan çalışmadan da görüldüğü üzere tam elektrikli bir aracın termal
yönetiminin hibrit ve içten yanmalıdan daha önemli olduğu çünkü elektrikli
araç menzilinin farklı koşullar altında kayda değer ölçüde etkilenip performans
üzerinde de olumsuz bir etkiye neden olabileceği görülmüştür.
● Sonuç olarak elektrikli araçlardaki termal yönetim ile elektrikli araçların verimi
ve konforu artırılabilir. Bu sayede hem sürdürülebilir bir dünyaya katkıda
bulunulur. Hemde sürücü ve yolcular için elektrikli araçlar konforu ve azalan
menzil kaygısı ile daha cazip bir hale getirilip yaygınlaşması sağlanabilir.
