Büyük silindirik litium-ion batareyaların aşırı soğukta çalıştırılmadan və ya yüklənmə edilmeden önce ısıtılması gerekir. Ancak batareyanın yalnız orta sıcaklığını yükseltmek yeterli değildir. Hüceyrə daxiliinde sıcak ve soğuk bölgeler oluşması; bərabər olmayan elektrokimyasal davranışa, yerel yaşlanmaya, ısıl gerilmelere ve təhlükəsizk sorunlarına yol açabilir.

Bu tədqiqatda tədqiqatçılar, silindirik bir 4680 litium-ion batareyanın iki daxili nikel qızdırıcı ve xarici kənara yerleştirilmiş bir üçüncü nikel qızdırıcıyla ön ısıtılmasını rəqəmsal olarak incelemiştir. Qızdırıcıların konumları birbaşa milimetreyle değil, aralarında bulunan jelly-roll qatlarının sayısıyla tanımlanmıştır. Böylece qızdırıcı yerleşimi, hüceyrənin qatlı üretim yapısıyla ilişkiləndirilən ayrık bir tasarım problemine dönüştürülmüştür.

Birinci ve ikinci qat sayıları 8 ilə 24 arasında değiştirilmiş ve toplam 289 düzen COMSOL tabanlı parametrik simulyasiyalarla karşılaştırılmıştır. Bütün düzenlerde toplam qızdırma gücü 522,5 W, etkin qızdırma süresi 60 saniye ve enerji girdisi 31,35 kJ olarak sabit tutulmuştur. Qızdırıcılar kapatıldıktan sonra sıcaklığın hüceyrə daxiliinde yeniden dağılması daxiliin 30 saniyelik dinlenme dönemi modelləşdirilmişdir.

Referans yerleşimde üç bölgenin her birinde 17 jelly-roll qatı bulunurken optimum olarak bildirilən yerleşim 14, 19 ve 18 qatdan oluşmuştur. Bu düzenin 90 saniyelik sürecin sonundaki maksimum sıcaklığı 24,82 °C, minimum sıcaklığı 19,16 °C ve hüceyrə daxilii temperatur farkı 5,662 °C’dir. Referans tədqiqatda kullanılan 12,2 °C değerine göre temperatur düzensizliği %53,6 azalmıştır.

Bununla belə bu nəticə, fiziksel bir 4680 hüceyrə üzerinde təsdiqlənməmişdir. Model sıcaklığa bağlı malzeme özelliklerini, qatlar arası temas direncini, elektrokimyasal ısı üretimini, yüklənmə durumunu ve lityum kaplanmasını daxiliermemektedir. Doğrulama da gerçek təcrübə verisine karşı değil, daha önce yayımlanmış başka bir rəqəmsal modelin nəticəlarına karşı yapılmıştır.

Ayrıca 15–35 °C koşulu yalnız 30 saniyelik dinlenme döneminin sonuna uygulanmıştır. Optimum düzenin temperatur-zaman grafiğinde maksimum hüceyrə sıcaklığı, aktif qızdırmanın sona erdiği 60. saniyede təxminən 41–42 °C’ye çıkmakta ve daha sonra 24,8 °C’ye düşmektedir. Beləliklə hüceyrənin bütün ön qızdırma süresi boyunca 35 °C’nin altında kaldığı söylenemez.

Aşırı soğuk litium-ion batareyaları neden zorlar?

Litium-ion batareyaların performansı sıcaklığa güclü bdaxiliimde bağlıdır. Düşük temperaturta elektrolitin viskozitesi artar, litium-ionlarının taşınması yavaşlar, elektrotlardaki difüzyon sınırlanır ve yük aktarım direnci yükselir. Bunun sonucunda kullanılabilir tutum ve güc azalabilir, yüklənmə süresi uzayabilir ve batareyanın gərginlik tepkisi zayıflayabilir.

Düşük temperaturta yüklənmə sırasında önem kazanan başka bir risk, litium-ionlarının grafit anot daxiliine yeterince hızlı yerleşememesi ve anot yüzeyinde metalik lityum olarak birikmesidir. Lityum kaplanması olarak adlandırılan bu süreç geri döndürülemez tutum kaybına yol açabilir ve bazı koşullarda daxili kısa devre olasılığını artırabilir.

Tədqiqatda litium-ion batareyalar daxiliin istenen tədqiqat sıcaklığı 15–35 °C aralığı olarak kabul edilmiştir. Araştırmanın hedefi, hüceyrəyi yalnız bu aralığa taşımak değil, eyni zamanda hüceyrə daxiliindeki maksimum ve minimum temperatur arasındaki farkı küçültmektir.

Dıştan ve daxiliten qızdırma arasındaki fark nədir?

Dış qızdırmada ısı; hüceyrə kabuğuna temas eden plaka, hava, sıvı və ya başka bir termal sistem üzerinden batareyaya aktarılır. Bu yaklaşım üretim açısından görece basit olabilir. Ancak ısı, böyük silindirik bir hüceyrənin xarici yüzeyinden merkezine ilətimle ilərlediği daxiliin merkez ve xarici bölgeler arasında yüksək temperatur farkları oluşabilir.

İç qızdırmada ise ince metalik elemanlar batareyanın qatlı yapısına yerleştirilir. Elektrik cərəyanı bu elemanlardan geçtiğinde Joule ısısı oluşur. Isı birbaşa aktif qatlara yakın bölgelerde üretildiği daxiliin ısı aktarım yolu kısalabilir ve soğuk başlanğıc süresi azaltılabilir.

İç qızdırmanın kendi tasarım sorunları vardır. Qızdırıcılar birbirine çok yakın yerleştirilirse termal alanlar aşırı örtüşebilir ve sıcak noktalar oluşabilir. Çok uzak yerleştirilirse aralarında yeterince ısıtılmayan bölgeler kalabilir. Qızdırıcı sayısı ve gücü değiştirilmese bilə yalnız konumlarının değiştirilmesi, hüceyrə daxiliindeki temperatur dağılımını önemli ölçüde etkiləyebilir.

Tədqiqatnın araştırma boşluğu nədir?

Önceki tədqiqatların çoğu şu değişkenlere odaklanmıştır:

• İç qızdırıcıların sayısı,
• Uygulanan elektrik gücü,
• Ortam sıcaklığı,
• Taşınımla ısı aktarım katsayısı,
• Qızdırma ve bekleme süreleri,
• Darbeli və ya değişken görev çevrimli qızdırma stratejiləri.

Bu tədqiqatnın separator yönü, iki daxili qızdırıcının radyal konumlarını hüceyrədeki jelly-roll qatlarının sayısıyla tanımlaması ve bu konumlar daxiliin geniş bir ayrık tarama gerçekleştirmesidir.

Araştırmanın temel sorusu şöyledir:

Toplam güc, qızdırma süresi, xarici boyutlar ve sınır koşulları değiştirilmeden, qızdırıcıların jelly-roll daxiliindeki yerleri değiştirilərek hüceyrə sıcaklığı daha bərabər dağıtılabilir mi?

4680 hüceyrənin qatlı yapısı necə modelləşdirilmişdir?

Hüceyrənin aktif bölgesi, tekrar eden sekiz malzeme qatından oluşan jelly-roll birimleriyle temsil edilmiştir:

Bu sekiz qatın toplam kalınlığı 424 µm’dir. Üç temel jelly-roll bölgesinde toplam 51 tekrar birimi bulunmaktadır.

Şekil 1’de hüceyrə şu bölgelere ayrılmıştır:

• Polimer merkez ilə birinci daxili qızdırıcı arasındaki Pack 1,
• Birinci ve ikinci daxili qızdırıcı arasındaki Pack 2,
• İkinci daxili qızdırıcı ilə xarici qızdırıcı arasındaki Pack 3.

Şeklin kendi açıklama kutusunda model “2D axisymmetric model” olarak tanımlanmıştır. Başka bir ifadeyle geometri, hüceyrənin ekseni etrafındaki simetri kullanılarak iki boyutlu bir radyal-eksenel kesit üzerinden çözülmektedir. Buna karşın metod metninin ilərleyen bölümünde “üç boyutlu rəqəmsal model” ifadesi kullanılmıştır. Bu iki tanım birbiriyle uyumlu değildir.

Qızdırıcılar necə modelləşdirilmişdir?

İç qızdırıcılar 30 µm kalınlığında nikel folyolar olarak modelləşdirilmişdir. Her nikel qatın iki tarafında, elektriksel teması önlemek daxiliin 28 µm kalınlığında PET yalıtım kaplaması bulunmaktadır. Isının jelly-roll yapısına aktarılmasını desteklemek amacıyla 9 µm kalınlığında bir bakır ısı dağıtım qatı da modele eklenmiştir.

Birinci daxili qızdırıcıya 118,9 W, ikinci daxili qızdırıcıya 224,2 W ve xarici qızdırıcıya 179,4 W güc uygulanmıştır. Dış qızdırıcının gücü, xarici kabuğa yakın bölgelerde aşırı ısı birikimini azaltmak amacıyla ikinci daxili qızdırıcının gücünün %80’i olarak belirlenmiştir.

Qat tabanlı tasarım değişkenleri necə tanımlanmıştır?

Üç bölgedeki jelly-roll qatı sayıları \(n_1\), \(n_2\) ve \(n_3\) ilə gösterilmiştir:

• \(n_1\): Polimer merkez ilə birinci daxili qızdırıcı arasındaki qat sayısı,
• \(n_2\): İki daxili qızdırıcı arasındaki qat sayısı,
• \(n_3\): İkinci daxili qızdırıcı ilə xarici qızdırıcı arasındaki qat sayısı.

Toplam aktif qat sayısı sabit tutulmuştur:

\[ n_1+n_2+n_3=N_{JR} \]

\[ N_{JR}=51 \]

Buna görə üçüncü bölgenin qat sayısı şu şekilde hesaplanmıştır:

\[ n_3=51-n_1-n_2 \]

\(n_1\) ve \(n_2\), 8 ilə 24 arasında 17 fərqli tamsayı değer almıştır. Böylece:

\[ 17\times17=289 \]

fərqli qızdırıcı yerleşimi oluşturulmuştur.

Arama uzayının kiçik bir asimetrisi vardır. \(n_1\) ve \(n_2\) 8–24 aralığıyla sınırlandırılırken \(n_3\) daxiliin eyni sınır konulmamıştır. Denklem gereği üçüncü bölge teorik olarak 3 ilə 35 qat arasında değişebilmektedir. En iyi nəticəların bulunduğu bölgede \(n_3\) 18 və ya 19’dur; lakin bütün 289 konfigürasyonun eyni üretim kısıtları altında değerlendirilip değerlendirilmediği ayrıca açıklanmamıştır.

Isı transferi hangi denklemle çözülmüştür?

Her katı malzeme bölgesi daxiliin geçici ısı ilətim denklemi kullanılmıştır:

\[ \rho_i C_{p,i}\frac{\partial T_i(\mathbf{x},t)}{\partial t} =\nabla\cdot[k_i\nabla T_i(\mathbf{x},t)]+\dot{q}_i \]

• \(\rho_i\): i numaralı malzemenin sıxlığıdur.
• \(C_{p,i}\): Özgül ısı tutumsidir.
• \(T_i\): Yerel temperaturtır.
• \(k_i\): Isıl ilətkenliktir.
• \(\dot{q}_i\): Birim hacimde üretilən ısıdır.

Isı üretimi yalnız nikel qızdırıcılara uygulanmıştır:

\[ \dot{q}_{h,j}=\frac{P_{h,j}}{V_{h,j}} \]

Qızdırıcı hacmi şu şekilde tanımlanmıştır:

\[ V_{h,j}=A_{h,j}\delta_h \]

• \(P_{h,j}\): j numaralı qızdırıcının gücüdür.
• \(A_{h,j}\): Etkin qızdırıcı alanıdır.
• \(\delta_h\): Nikel folyonun kalınlığıdır.

Dış yüzeyde taşınımla ısı kaybı uygulanmıştır:

\[ -k_i(\nabla T_i\cdot\mathbf{n}) =h(T_s-T_\infty) \]

Burada ortam sıcaklığı \(T_\infty=-50\ ^\circ C\), taşınım katsayısı ise \(h=5\ \text{W/(m²·K)}\) olarak verilmişdir.

Simetri ekseninde sıfır ısı akısı kabul edilmiştir:

\[ \nabla T\cdot\mathbf{n}=0 \]

Modelin temel varsayımları nelerdir?

• Yoğunluk, xüsusi ısı ve ısıl ilətkenlik temperaturtan müstəqil ve sabittir.
• Qatlar arasında kusursuz termal temas vardır.
• Qatlar arası temas direnci sıfır kabul edilmiştir.
• Batareyanın elektrokimyasal reaksiyonları modellenmemiştir.
• Şarj durumu ve cərəyan üretimi dikkate alınmamıştır.
• Lityum kaplanması kinetiği hesaplanmamıştır.
• Qızdırıcı gücü hacimsel ısı kaynağı olarak uygulanmıştır.
• Malzeme deformasyonu ve termal gerilmeler çözülmemiştir.

Bu varsayımlar, yerleşimin saf geometrik etkisini incelemeyi kolaylaştırmaktadır. Ancak nəticəların gerçek hüceyrəye aktarılmasını sınırlandırmaktadır.

Başlanğıc sıcaklığı nədir?

Tədqiqatnın metod metninde hesaplama alanının 20 °C’lik düzgün bir başlanğıc değeriyle başlatıldığı yazılmıştır. Tablo 4 de “geçici ısı aktarımı çözümü daxiliin başlanğıc değeri”ni 20 °C olarak vermektedir. Buna qarşılıq Şekil 3, 4 ve 7–9’daki maksimum, orta ve minimum temperatur eğrilərinin tümü təxminən −50 °C’den başlamaktadır.

Bu iki bilgi eyni fiziksel başlanğıc koşulunu temsil edemez. Olası açıklamalardan biri, 20 °C’nin çözücü daxiliin rəqəmsal başlanğıc tahmini; −50 °C’nin ise gerçek hüceyrə başlanğıc sıcaklığı olmasıdır. Ancak tədqiqat böyle bir ayrım yapmamaktadır. Buna görə simulyasiyaun fiziksel başlanğıc sıcaklığı metinde tutarlı bdaxiliimde raporlanmış değildir.

Qızdırma çevrimi necə uygulanmıştır?

İlk 60 saniyede qızdırıcılar aktiftir. Daha sonraki 30 saniyede güc kesilmekte ve ısının hüceyrə daxiliinde yeniden dağılması beklenmektedir. Optimizasyonda kullanılan son temperatur değerleri, bu 90 saniyelik sürecin sonundaki değerlerdir.

Temperatur bərabərliği necə ölçülmüştür?

Hüceyrənin hacim ortalı sıcaklığı şu şekilde tanımlanmıştır:

\[ \overline{T}(t) =\frac{1}{V_{cell}} \int_{\Omega_{cell}}T(\mathbf{x},t)\,dV \]

Aynı hesaplama alanındaki en yüksək ve en aşağı temperaturlar:

\[ T_{max}(t)=\max_{\mathbf{x}\in\Omega_{cell}}T(\mathbf{x},t) \]

\[ T_{min}(t)=\min_{\mathbf{x}\in\Omega_{cell}}T(\mathbf{x},t) \]

olarak belirlenmiştir. Ana termal bərabərlik ölçütü ise:

\[ \Delta T(t)=T_{max}(t)-T_{min}(t) \]

bdaxiliimindedir.

Küçük \(\Delta T\), hüceyrə daxiliindeki temperaturların birbirine daha yakın olduğunu gösterir. Ancak yalnız temperatur farkını küçültmek yeterli değildir. Örneğin bütün hüceyrənin −20 ilə −15 °C arasında bulunması yalnız 5 °C fark oluşturur; buna rağmen hüceyrə yeterince ısıtılmış olmaz.

Optimizasyon problemi necə yazılmıştır?

Tədqiqatnın matematiksel amacı, 90 saniyenin sonundaki temperatur farkını en aza indirmektir:

\[ \min_{n_1,n_2}\Delta T(t_f) \]

Kısıtlar şöyledir:

\[ n_1,n_2\in\{8,9,\ldots,24\} \]

\[ n_3=51-n_1-n_2 \]

\[ 15\ ^\circ C\leq T_{min}(t_f) \leq T_{max}(t_f)\leq35\ ^\circ C \]

Bu kısıtlar yalnız son zaman olan \(t_f\) daxiliin geçerlidir. Aktif qızdırma sırasında oluşan en yüksək temperatur daxiliin ayrı bir üst sınır yazılmamıştır.

Ağ müstəqillığı ne kadar güclüdür?

Şekil 2’de təxminən 600 bin, 760 bin ve 1,3 milyon elemanlı ağlar karşılaştırılmıştır. Eleman sayısı artırıldığında:

• Maksimum temperatur təxminən 27,48 °C’den 26,36 °C’ye,
• Ortalama temperatur təxminən 24,30 °C’den 23,41 °C’ye,
• Minimum temperatur təxminən 16,69 °C’den 14,33 °C’ye

değişmektedir.

Şekilde minimum sıcaklığın değişimi təxminən −%14,5 olarak gösterilmektedir. Bu böyüklük, temperatur farkının optimize edildiği bir tədqiqatda önemsiz kabul ediləbiləcek kadar kiçik değildir. Ayrıca sonraki analizlerde hangi ağ sıxlığınun seçildiği ve seçim ölçütünün ne olduğu açıq şəkildə belirtilmemiştir.

Buna görə tədqiqat bir ağ duyarlılığı incelemesi sunmaktadır; lakin “nəticəlar ağ boyutundan müstəqildır” sonucu özellikle minimum temperatur bcərəyanından yeterince güclü değildir.

Model necə doğrulanmıştır?

Tədqiqatçılar bərabər aralıklı referans düzeni kullanmıştır:

\[ n_1=n_2=n_3=17 \]

Bu geometri, önceki bir 4680 daxili qızdırma tədqiqatsının sınır koşulları ve gücleriyle çözülmüş; mevcut modelin temperatur eğriləri önceki rəqəmsal nəticəlarla karşılaştırılmıştır.

Maksimum ve minimum değerler arasındaki farkın %1’den kiçik olduğu bildirilmişdir. Temperatur konturlarının genel bdaxiliimi de önceki simulyasiyaa benzemektedir.

Bu işlem təcrübəsel doğrulama değildir. Mevcut model, başka bir rəqəmsal modelin nəticəlarını yeniden üretmektedir. Beləliklə iki modelin eyni kabulleri və ya eyni eksiklikleri paylaşması mümkündür.

289 yerleşim ne göstermiştir?

Şekil 5’te \(n_1\) ve \(n_2\) değerlerinin her birleşimi daxiliin son temperatur farkı bir ısı haritasıyla gösterilmiştir. Haritadaki değerler təxminən 5,7 °C’den 133,6 °C’ye kadar uzanmaktadır.

Qızdırıcıların çok dengesiz konumlandırıldığı bazı yerleşimlerde temperatur farkı aşırı yükselmiştir. Qızdırıcılar belirli orta aralıklarda dağıtıldığında ise termal alanlar birbirini daha dengeli tamamlamış ve temperatur farkı küçülmüştür.

Şekil 6, temperatur farkı ilə maksimum temperatur arasındaki ilişkiyi göstermektedir. Bazı konfigürasyonlar aşağı \(\Delta T\) üretse de temperaturları istenen 15–35 °C aralığında değildir. Buna görə tədqiqatçılar yalnız ısı haritasının en kiçik değerini değil, son maksimum ve minimum temperaturları da değerlendirmiştir.

Optimum olarak hangi yerleşim seçilmiştir?

Tədqiqatda optimum olarak bildirilən yapı şöyledir:

Bu yerleşimin son temperaturları şöyledir:

• Maksimum temperatur: 24,82 °C,
• Minimum temperatur: 19,16 °C,
• Temperatur farkı: 5,662 °C.

Şekil 7(a), xarici ve daxili qızdırıcıların termal alanlarının hüceyrə boyunca daha dengeli dağıldığını göstermektedir. En sıcak bölgeler qızdırıcılara yakın daxili alanlarda bulunurken xarici ve merkez bölgeler arasındaki fark referans yerleşime göre azalmıştır.

Optimum çözüm benzersiz mı?

Hayır. Tablo 5’te şu iki yerleşim eyni temperatur farkını üretmektedir:

Her iki yerleşim de matematiksel kısıtlardaki 15–35 °C aralığını sağlamaktadır. Beləliklə Denklem 12 ve 13’te yazılan amaç fonksiyonu açısından iki düzen de bərabər optimumdur.

Tədqiqatçılar 14–19–18 düzenini, eyni güc altında biraz daha yüksək minimum ve maksimum temperatur üretmesi ve temperatur dağılımını daha uygun görmeleri nedeniyle tercih etmiştir. Bu, anlaşılabilir bir mühendislik seçimi olabilir; lakin “daha güclü genel qızdırma” və ya belirli bir kontur niteliği matematiksel amaç fonksiyonuna ikincil ölçüt olarak eklenmemiştir.

Buna görə tədqiqat tek bir matematiksel optimumdan çok, bərabər temperatur farkına sahip iki aday arasından ek bir nitel değerlendirmeyle seçilmiş tercih edilən düzen sunmaktadır.

Diğer aşağı temperatur farkına sahip düzenler necədır?

Şekil 9’daki 12–21–18 düzeninde temperatur farkı yalnız 6,06 °C olmasına rağmen qızdırıcı çevrelerinde daha belirgin temperatur yığılması görülmektedir. Bu karşılaştırma, eyni skaler temperatur farkına yakın iki alanın uzamsal dağılımlarının fərqli olabiləceğini göstermektedir.

Hüceyrə gerçekten 15–35 °C aralığında mı kalmıştır?

Yalnızca son durumda. Optimum yerleşimin Şekil 7(b)’deki temperatur eğrisinde maksimum temperatur, aktif qızdırmanın bittiği 60. saniyede təxminən 41–42 °C’ye ulaşmaktadır. Qızdırıcılar kapatıldıktan sonra sıcak bölgedeki ısı daha soğuk bölgelere dağılmakta ve maksimum temperatur 90. saniyede 24,82 °C’ye inmektedir.

Buna görə tədqiqatnın 15–35 °C kısıtı:

• Qızdırmanın her anı daxiliin uygulanmamıştır.
• Qızdırıcı yüzeyindeki geçici tepe sıcaklığı sınırlanmamıştır.
• Yalnızca 30 saniyelik dinlenme sonrasındaki son temperaturlara uygulanmıştır.

Gerçek bir hüceyrəde yalıtım tabakalarının, elektrolitin və ya yerel elektrot bölgelerinin kısa süreli yüksək temperaturlara necə tepki vereceği ayrıca değerlendirilmelidir.

%53,6 iyiləşme necə hesaplanmıştır?

Referans tədqiqatnın temperatur farkı 12,2 °C, optimum düzenin temperatur farkı 5,662 °C olarak alınmıştır:

\[ \frac{12.2-5.662}{12.2}\times100 \approx53.6\% \]

Ancak mevcut modelin kendi referans simulyasiyaunda maksimum temperatur 26,9 °C ve minimum temperatur 14,9 °C olduğundan fark 12,0 °C’dir. Optimum değer bu 12,0 °C ilə karşılaştırılırsa azalma təxminən %52,8 olur.

Aradaki fark kiçiktür; lakin tədqiqatnın %53,6 değeri kendi referans simulyasiyauna değil, önceki tədqiqatnın 12,2 °C değerine dayanmaktadır.

Enerji değerlendirmesi ne göstermektedir?

Bütün yerleşimlerde toplam güc ve qızdırma süresi eynidır:

\[ E_{in}=P_{total}t_{heating} \]

\[ E_{in}=522.5\ \text{W}\times60\ \text{s}=31.35\ \text{kJ} \]

Tədqiqatda ayrıca enerjiye göre normalize edilmiş bir temperatur bərabərliği geliştirme göstergesi tanımlanmıştır:

\[ \eta_{\Delta T} =\frac{\Delta T_{ref}-\Delta T_{opt}}{E_{in}} \]

\[ \eta_{\Delta T} =\frac{12.2-5.662}{31.35} =0.208\ ^\circ\text{C/kJ} \]

Bu değer klasik anlamda enerji verimliliği değildir. Hüceyrənin aldığı yararlı enerjiyi, elektriksel kayıpları və ya ortam kaybını hesaplamaz. Yalnızca eyni enerji verilən iki yerleşim arasındaki temperatur farkı iyiləşmesini birim enerjiyle ifade eden, tədqiqatya özgü karşılaştırma göstergesidir.

Qızdırıcı yerleşiminin üretim açısından anlamı nədir?

Qızdırıcı konumlarının qat sayısıyla tanımlanması, tasarımın jelly-roll sarım sürecine bağlanması açısından yararlıdır. Optimum düzen:

• Qızdırıcı sayısını artırmamaktadır.
• Toplam qızdırma gücünü yükseltmemektedir.
• Hüceyrənin xarici boyutlarını değiştirmemektedir.
• Isı üretim noktalarını aktif yapının daxiliinde yeniden dağıtmaktadır.

Bununla belə tədqiqat bazı bölümlerde iyiləştirmenin “hüceyrəde yapısal değişiklik yapılmadan” elde edildiğini söylemektedir. İç qızdırıcıların jelly-roll daxiliindeki yerinin değiştirilmesi, xarici boyutları değiştirmese de hüceyrənin daxili qat düzeninde bir tasarım değişikliğidir. Daha doğru ifade, “xarici boyutlar, qızdırıcı sayısı ve toplam güc değiştirilmeden” olmalıdır.

Pratik uygulamada hangi təhlükəsizk sorunları vardır?

• Nikel folyonun aktif qatlardan güvenilir bdaxiliimde yalıtılması,
• PET kaplamanın sarım, titreşim ve çevrim yaşlanmasına dayanması,
• Qızdırıcı və ya bağlantı arızasının daxili kısa devre oluşturmaması,
• Yerel sıcak noktaların algılanması ve gücün zamanında kesilmesi,
• Qızdırıcının hüceyrə tutumsi ve enerji sıxlığından ne kadar hacim aldığı,
• Ek metal ve polimerlerin təkrar emal sürecine etkisi,
• Qızdırıcının termal kaçak sırasında necə davrandığı,
• Üretim toleranslarının optimum qat aralıklarını necə değiştirdiği

tədqiqatnın rəqəmsal optimizasyonunda çözülmemiştir.

Tədqiqatnın desteklediği nəticəlar nelerdir?

• Qızdırıcıların radyal konumu, eyni güc altında hüceyrə daxilii temperatur dağılımını önemli ölçüde değiştirebilir.
• Qat sayısı, silindirik hüceyrəlerde üretimle ilişkili bir ayrık yerleşim değişkeni olarak kullanılabilir.
• Qızdırıcıların aşırı yakın və ya aşırı uzak olması sıcak noktaları ya da soğuk bölgeleri artırabilir.
• İncelenen model ve sınır koşullarında 14–19–18 ilə 13–20–18 düzenleri en aşağı son temperatur farkını vermiştir.
• 14–19–18 düzeni, referans rəqəmsal sonuca göre temperatur farkını təxminən yarı yarıya azaltmıştır.
• Yerleşim optimizasyonuyla ek elektrik enerjisi verilmeden daha bərabər son temperatur alanı elde ediləbilir.

Tədqiqat neyi sübut etmir?

• 14–19–18 yerleşiminin bütün 4680 hüceyrə kimyaları daxiliin optimum olduğunu sübut etmir.
• Gerçek bir batareyada %53,6 iyiləşme elde ediləceğini göstərmir.
• Hüceyrənin bütün qızdırma süresince 15–35 °C arasında kaldığını göstərmir.
• İç qızdırıcıların çevrim ömrünü uzattığını təcrübəsel olarak sübut etmir.
• Lityum kaplanmasının önlendiğini göstərmir.
• Qızdırıcıların elektriksel yalıtım ve kısa devre təhlükəsizğini doğrulamamaktadır.
• Modelin ağ boyutundan tamamen müstəqil olduğunu güclü bdaxiliimde göstərmir.
• Önerilən yerleşimin seri üretimde sarılabilir ve güvenilir olduğunu sübut etmir.
• İlave nikel, bakır ve yalıtım qatlarının enerji sıxlığına etkisini hesaplamamaktadır.
• Diğer ortam temperaturları, güc seviyeleri ve taşınım koşullarında eyni optimumun korunacağını göstərmir.

Türkiyə’deki elektrikli araç ve batareya tədqiqatları açısından anlamı nədir?

Araştırma belirli bir ülkenin kullanım verisine bağlı değildir. Büyük silindirik batareyaların soğuk ortamda ön ısıtılmasıyla ilgili genel bir termal tasarım problemi ele alınmaktadır.

Türkiyə’de benzer bir tasarımın değerlendirilmesi daxiliin şu tədqiqatlar önemlidir:

• Farklı hüceyrə kimyalarıyla gerçek 4680 numunelerinin üretilmesi,
• −10, −20, −30 ve daha aşağı temperaturlarda təcrübəsel doğrulama,
• Qızdırıcıların gerçek jelly-roll sarımına mekanik olarak eklenmesi,
• Yalıtım delinmesi ve daxili kısa devre testleri,
• Qızdırma sırasında hüceyrənin fərqli noktalarında termokupl ölçməleri,
• Aktif qızdırma sırasındaki geçici temperatur tepesinin sınırlandırılması,
• Şarj başlangıcıyla lityum kaplanması riskinin birlikte modellenmesi,
• Yaşlandırma ve çevrim ömrü təcrübəleri,
• Batareya paketindeki komşu hüceyrəler ve soğutma sistemiyle etkiləşimin incelenmesi,
• Ek qızdırıcı malzemelerinin tutum, maliyet ve təkrar emale etkisinin hesaplanması

gereklidir. Tədqiqatdaki qat aralıkları, təcrübəsel doğrulama olmadan birbaşa bir üretim reçetesi və ya təhlükəsizk standardı olarak kullanılmamalıdır.

Tədqiqatnın Metodi ve Nəticələrı

Teknik metod özeti

Referans ve optimize edilmiş yerleşimin karşılaştırması

Raporlanan temel kazanımlar

Metin ve görsellerdeki kritik tutarsızlıklar

Tədqiqatnın güclü yönleri

• Qızdırıcı konumunu birbaşa jelly-roll qat sayısıyla ilişkiləndirmiştir.
• 289 fərqli ayrık yerleşimi eyni güc ve sınır koşulları altında karşılaştırmıştır.
• Maksimum, minimum, orta temperatur ve temperatur farkını birlikte değerlendirmiştir.
• Yalnızca orta sıcaklığı değil, uzamsal temperatur konturlarını da incelemiştir.
• Qızdırma ve ısı dağılımı daxiliin ayrı aktif ve dinlenme dönemleri modellemiştir.
• Malzeme qatlarını tek bir eşdeğer ortam yerine ayrı termofiziksel özelliklerle temsil etmiştir.
• Önerilən düzenin xarici boyut və ya toplam enerji artışı gerektirmediğini göstermiştir.
• Üretim, yalıtım, təhlükəsizk ve təkrar emal sorunlarını nəticə tartışmasına dâhil etmiştir.
• Finansman, veri erişimi, çıkar çatışması ve yapay zekâ kullanım beyanları verilmişdir.

Tədqiqatnın temel sınırlılıkları

• Fiziksel hüceyrə və ya prototip üzerinde təcrübə yapılmamıştır.
• Doğrulama müstəqil təcrübə verisi yerine başka bir rəqəmsal modele dayanmaktadır.
• Başlanğıc sıcaklığı ve model boyutu tutarlı hesabatda verilməmişdir.
• Ağ müstəqillığı özellikle minimum temperatur bcərəyanından ikna edici değildir.
• Malzeme özellikleri temperaturtan müstəqil kabul edilmiştir.
• Qatlar arası termal temas direnci ihmal edilmiştir.
• Elektrokimyasal ısı üretimi ve yüklənmə durumu yoxdur.
• Lityum kaplanması yalnız motivasyon olarak anılmış, modellenmemiştir.
• Qızdırıcıların aktif olduğu dönemde 35 °C üzerindeki geçici temperatur sınırlandırılmamıştır.
• Yalıtım delinmesi, daxili kısa devre ve termal kaçak değerlendirilmemiştir.
• Qızdırıcıların aktif malzeme hacmi ve enerji sıxlığı üzerindeki etkisi hesaplanmamıştır.
• Optimum yalnız tek ortam sıcaklığı ve tek güc dağılımı daxiliin belirlenmiştir.
• \(n_3\) değişkenine \(n_1\) ve \(n_2\) ilə eyni alt ve üst sınırlar uygulanmamıştır.
• İki bərabər amaç değerinden birinin seçilmesini sağlayan ikincil ölçüt matematiksel olarak tanımlanmamıştır.
• Simülasyon dosyaları ve tam veri seti açık bir depoda yayımlanmamıştır.

Nəticəları güclendirecek ek tədqiqatlar

• Fiziksel 4680 prototip üzerinde termokupl ve termal kamera doğrulaması,
• İç qızdırıcıların jelly-roll üretimine gerçek olarak eklenmesi,
• Sıcaklığa bağlı termofiziksel özelliklerin kullanılması,
• Qatlar arası temas dirençlerinin ölçülmesi ve modele eklenmesi,
• Termal-elektrokimyasal eşlenik model geliştirilmesi,
• Qızdırma sırasında lityum kaplanması riskinin hesaplanması,
• Aktif qızdırma tepe sıcaklığına ayrı bir kısıt konulması,
• Ortam sıcaklığı ve güc daxiliin dayanıklılık optimizasyonu yapılması,
• Qızdırıcı konumu ilə güc dağılımının birlikte optimize edilmesi,
• Farklı hüceyrə kimyaları ve yaşlanma düzeylerinin sınanması,
• Gerçek batareya paketi daxiliinde komşu hüceyrəlerin etkisinin incelenmesi,
• Yalıtım ve daxili kısa devre təhlükəsizk testleri,
• Enerji sıxlığı, üretim maliyeti ve təkrar emal etkisinin hesaplanması,
• Daha güclü ağ yakınsama tədqiqatsı ve optimumun fərqli ağlarda yeniden hesaplanması,
• Çok ölçütlü optimizasyonda \(\Delta T\), orta temperatur, tepe sıcaklığı ve enerji tüketiminin birlikte kullanılması.

Mənbə ve Metod Qeydi

• Tədqiqatnın özgün adı: Discrete Optimization of Internal Heater Arrangement Based on Thermal Uniformity for Hybrid Preheating of 4680 Lithium-Ion Batteries in Extremely Cold Environments
• Yazarlar: Hadi Fallah Ardeshir; Alireza Alizadeh Milani
• Yazar sıralaması: Hadi Fallah Ardeshir birinci, Alireza Alizadeh Milani ikinci yazardır.
• Eş katkı və ya eş birinci yazarlık: Beyan yoxdur.
• Sorumlu yazar: Hadi Fallah Ardeshir
• Sorumlu yazar e-postası: fallah.hadi@sut.ac.ir
• Kurum: Faculty of Mechanical Engineering, Sahand University of Technology, Tabriz, Iran
• Tədqiqat yılı: 2026
• Kesin SSRN yükleme tarihi: Erişiləbilən tədqiqat metninde açıq şəkildə belirtilmemiş ve resmî kayıttan kesin gün olarak doğrulanamamıştır.
• Mənbə türü: Hakem değerlendirmesinden geçmemiş preprint ve rəqəmsal modelleme tədqiqatsı
• Yayın platformu: SSRN
• Preprint DOI: 10.2139/ssrn.7196306
• Resmî kayıt:SSRN resmî tədqiqat sayfası
• Kalıcı DOI bağlantısı:10.2139/ssrn.7196306
• Dergi: Hakemli bir dergide yayımlandığı təsdiqlənməmişdir.
• Özgün yayınevi: Hakemli dergi yayınevi yoxdur; tədqiqat SSRN preprint platformunda sunulmuştur.
• Hakemlik durumu: Tədqiqatnın her sayfasında hakem değerlendirmesinden geçmediği belirtilmektedir.
• Finansman: Tədqiqatçılar kamu, ticari və ya kâr amacı gütmeyen bir kuruluştan özel finansman alınmadığını bildirmiştir.
• Çıkar çatışması: Bilinen finansal çıkar çatışması və ya kişisel ilişki bulunmadığı beyan edilmiştir.
• Etik onay: İnsan və ya hayvan tədqiqatsı daxiliermediği daxiliin uygulanabilir olmadığı bildirilmişdir.
• Veri erişimi: Rəqəmsal verilərin sorumlu yazardan makul talep üzerine ediniləbiləceği bildirilmişdir.
• Açık veri deposu: Tam simulyasiya veri seti kamuya açık bir depoya yüklenmemiştir.
• Kod ve COMSOL dosyaları: Açık erişim bağlantısı verilmemiştir.
• Üretken yapay zekâ beyanı: ChatGPT’nin dil düzenleme, bdaxiliimlendirme ve okunabilirliği geliştirme amacıyla kullanıldığı; yazarların daxilieriği gözden geçirerek sorumluluğu üstlendiği bildirilmişdir.

Hadi Fallah Ardeshir’in CRediT katkıları; kavramsallaştırma, metod, yazılım, doğrulama, analiz, araştırma, mənbəlar, veri düzenleme, görselleştirme, ilk taslak, gözden geçirme, denetim ve proje yönetimini kapsamaktadır. Alireza Alizadeh Milani’nin katkıları yazılım, doğrulama, araştırma, veri düzenleme, görselleştirme ve yazım olarak bildirilmişdir.

Bu Verianla makalesinin bilimsel daxilieriği yalnız yüklenen tədqiqatnın metni, denklemleri, malzeme tabloları, parametrik geometri şeması, ağ duyarlılığı grafiği, temperatur konturları, 289 düzenin ısı haritası, optimum karşılaştırmaları ve nəticə tartışması esas alınarak hazırlanmıştır. Dış mənbəlar yalnız bibliyografik kimliğin, kurumun, DOI’nin ve resmî SSRN kaydının doğrulanması amacıyla kullanılmış; xarici mənbəlardan yeni bilimsel bulgu eklenmemiştir.

Tədqiqatnın Şekil 1’inde model iki boyutlu eksenel simetrik olarak gösterilirken metod metninde üç boyutlu olarak adlandırılmıştır. Başlanğıc sıcaklığı metinde 20 °C verilmiş, lakin grafiklerde temperaturlar təxminən −50 °C’den başlamıştır. Bu uyumsuzluklar sessizce düzeltilmemiştir.

Ağ duyarlılığı incelemesinde minimum sıcaklığın fərqli ağlar arasında təxminən %14,5 değişmesi nedeniyle modelin ağ müstəqillığı tam olarak gösterilmiş kabul edilmemelidir. Seçilən ağın eleman sayısı da açıq şəkildə belirtilmemiştir.

14–19–18 ve 13–20–18 düzenleri eyni 5,662 °C temperatur farkını üretmekte ve yazılan son temperatur kısıtlarını sağlamaktadır. Beləliklə bildirilən matematiksel optimizasyon problemi tek başına 14–19–18 düzenini benzersiz optimum olarak seçmemektedir. Tədqiqatçılar bu düzeni daha yüksək son temperaturlar ve görsel olarak daha uygun temperatur dağılımı gerekçesiyle tercih etmiştir.

%53,6 azalma, önceki referans tədqiqatnın 12,2 °C değerine göre hesaplanmıştır. Mevcut modelin kendi referans sonucu 12,0 °C olduğundan eyni hesaplama təxminən %52,8 verir. Ayrıca 15–35 °C kısıtı yalnız 90. saniyedeki son duruma uygulanmış; aktif qızdırma sırasında görülen təxminən 41–42 °C’lik geçici maksimumu kapsamamıştır.

Tədqiqat hakem değerlendirmesinden geçmemiştir. Nəticəlar gerçek hüceyrə təcrübəiyle doğrulanmadığından önerilən qat düzeni üretim reçetesi, təhlükəsizk sınırı və ya bütün 4680 hüceyrəler daxiliin evrensel optimum olarak değerlendirilmemelidir.