Бүйүк силиндирик литий-ион батареяларын ашыры согукта чалыштырылмадан же заряд едилмеден өнже ысытылмасы герекир. Анжак батареянын гана орточо сыжаклыгыны йүкселтмек йетерли дегилдир. Ячейка ичкиинде сыжак ве согук бөлгелер олушмасы; тең олмайан електрокимйасал давраныша, йерел йашланмайа, ысыл герилмелере ве коопсузк сорунларына йол ачабилир.

Бу изилдөөда изилдөөчүлөр, силиндирик бир 4680 литий-ион батареянын ики ички никел жылыткыч ве сырткы чета йерлештирилмиш бир үчүнжү никел жылыткычйла өн ысытылмасыны сандык оларак инжелемиштир. Жылыткычларын конумлары түздөн-түз милиметрейле дегил, араларында булунан желлй-ролл катмарларынын сайысыйла танымланмыштыр. Бөйлеже жылыткыч йерлешими, ячейканин катмарлы үретим йапысыйла илишкмененндирмененн айрык бир тасарым проблемине дөнүштүрүлмүштүр.

Биринжи ве икинжи катмар сайылары 8 менен 24 арасында дегиштирилмиш ве топлам 289 дүзен COMSOL табанлы параметрик симуляцияларла каршылаштырылмыштыр. Бүтүн дүзенлерде топлам жылытуу гүжү 522,5 W, еткин жылытуу сүреси 60 санийе ве энергия гирдиси 31,35 кЖ оларак сабит тутулмуштур. Жылыткычлар капатылдыктан сонра сыжаклыгын ячейка ичкиинде йениден дагылмасы ичкиин 30 санийелик динленме дөнеми модельленмиштир.

Реферанс йерлешимде үч бөлгенин хер биринде 17 желлй-ролл катмары булунуркен оптимум оларак билдирмененн йерлешим 14, 19 ве 18 катмардан олушмуштур. Бу дүзенин 90 санийелик сүрежин сонундаки максимум сыжаклыгы 24,82 °Ж, минимум сыжаклыгы 19,16 °Ж ве ячейка ичкии температура фаркы 5,662 °Ж’дир. Реферанс изилдөөда кулланылан 12,2 °Ж дегерине гөре температура дүзенсизлиги %53,6 азалмыштыр.

Муну менен бирге бу жыйынтык, физиксел бир 4680 ячейка үзеринде тастыкталган эмес. Модел сыжаклыга баглы малземе өзелликлерини, катмарлар арасы темас диренжини, електрокимйасал ысы үретимини, заряд дурумуну ве литйум капланмасыны ичкиермемектедир. Догрулама да герчек тажрыйба верисине каршы дегил, даха өнже йайымланмыш башка бир сандык модельин жыйынтыкларына каршы йапылмыштыр.

Айрыжа 15–35 °Ж кошулу гана 30 санийелик динленме дөнеминин сонуна уйгуланмыштыр. Оптимум дүзенин температура-заман графигинде максимум ячейка сыжаклыгы, актиф жылытуунын сона ердиги 60. санийеде болжол менен 41–42 °Ж’йе чыкмакта ве даха сонра 24,8 °Ж’йе дүшмектедир. Демек ячейканин бүтүн өн жылытуу сүреси бойунжа 35 °Ж’нин алтында калдыгы сөйленемез.

Ашыры согук литий-ион батареялары неден зорлар?

Литий-ион батареяларын перформансы сыжаклыга кубатлү бичкиимде баглыдыр. Дүшүк температурата електролитин вискозитеси артар, литий-ионларынын ташынмасы йавашлар, електротлардаки дифүзйон сынырланыр ве йүк актарым диренжи йүкселир. Бунун сонужунда кулланылабилир сыйымдуулук ве кубат азалабилир, заряд сүреси узайабилир ве батареянын чыңалуу тепкиси зайыфлайабилир.

Дүшүк температурата заряд сырасында өнем казанан башка бир риск, литий-ионларынын графит анот ичкиине йетеринже хызлы йерлешемемеси ве анот йүзейинде металик литйум оларак бирикмесидир. Liтйум капланмасы оларак адландырылан бу сүреч гери дөндүрүлемез сыйымдуулук кайбына йол ачабилир ве базы кошулларда ички кыса девре оласылыгыны артырабилир.

Изилдөөда литий-ион батареялар ичкиин истенен изилдөө сыжаклыгы 15–35 °Ж аралыгы оларак кабул едилмиштир. Араштырманын хедефи, ячейкайи гана бу аралыга ташымак дегил, ошол эле заманда ячейка ичкииндеки максимум ве минимум температура арасындаки фаркы күчүлтмектир.

Дыштан ве ичкитен жылытуу арасындаки фарк эмне?

Дыш жылытууда ысы; ячейка кабугуна темас еден плака, хава, сывы же башка бир термал систем үзеринден батареяйа актарылыр. Бу йаклашым үретим ачысындан гөреже басит олабилир. Анжак ысы, чоң силиндирик бир ячейканин сырткы йүзейинден меркезине менентимле мененрледиги ичкиин меркез ве сырткы бөлгелер арасында жогорку температура фарклары олушабилир.

Ич жылытууда исе инже металик елеманлар батареянын катмарлы йапысына йерлештирилир. Електрик токы бу елеманлардан гечтигинде Joule ысысы олушур. Ысы түздөн-түз актиф катмарлара йакын бөлгелерде үретилдиги ичкиин ысы актарым йолу кысалабилир ве согук баштапкы сүреси азалтылабилир.

Ич жылытуунын кенди тасарым сорунлары вардыр. Жылыткычлар бирбирине чок йакын йерлештирилирсе термал аланлар ашыры өртүшебилир ве сыжак нокталар олушабилир. Чок узак йерлештирилирсе араларында йетеринже ысытылмайан бөлгелер калабилир. Жылыткыч сайысы ве гүжү дегиштирилмесе бменен гана конумларынын дегиштирилмеси, ячейка ичкииндеки температура дагылымыны өнемли өлчүде еткмененйебилир.

Изилдөөнын араштырма бошлугу эмне?

Өнжеки изилдөөларын чогу шу дегишкенлере одакланмыштыр:

• Ич жылыткычларын сайысы,
• Уйгуланан електрик гүжү,
• Ортам сыжаклыгы,
• Ташынымла ысы актарым катсайысы,
• Жылытуу ве беклеме сүрелери,
• Дарбели же дегишкен гөрев чевримли жылытуу стратежмененри.

Бу изилдөөнын сепаратор йөнү, ики ички жылыткычнын радйал конумларыны ячейкадеки желлй-ролл катмарларынын сайысыйла танымламасы ве бу конумлар ичкиин гениш бир айрык тарама герчеклештирмесидир.

Араштырманын темел сорусу шөйледир:

Топлам кубат, жылытуу сүреси, сырткы бойутлар ве сыныр кошуллары дегиштирилмеден, жылыткычларын желлй-ролл ичкииндеки йерлери дегиштирмененрек ячейка сыжаклыгы даха тең дагытылабилир ми?

4680 ячейканин катмарлы йапысы кантип модельленмиштир?

Ячейканин актиф бөлгеси, текрар еден секиз малземе катмарындан олушан желлй-ролл биримлерийле темсил едилмиштир:

Бу секиз катмарын топлам калынлыгы 424 µм’дир. Үч темел желлй-ролл бөлгесинде топлам 51 текрар бирими булунмактадыр.

Шекил 1’де ячейка шу бөлгелере айрылмыштыр:

• Полимер меркез менен биринжи ички жылыткыч арасындаки Пажк 1,
• Биринжи ве икинжи ички жылыткыч арасындаки Пажк 2,
• Икинжи ички жылыткыч менен сырткы жылыткыч арасындаки Пажк 3.

Шеклин кенди ачыклама кутусунда модель “2Д аxисймметриж модель” оларак танымланмыштыр. Башка бир ифадейле геометри, ячейканин ексени етрафындаки симетри кулланыларак ики бойутлу бир радйал-ексенел кесит үзеринден чөзүлмектедир. Буна каршын ыкма метнинин мененрлейен бөлүмүнде “үч бойутлу сандык модель” ифадеси кулланылмыштыр. Бу ики таным бирбирийле уйумлу дегилдир.

Жылыткычлар кантип модельленмиштир?

Ич жылыткычлар 30 µм калынлыгында никел фолйолар оларак модельленмиштир. Хер никел катмарын ики тарафында, електриксел темасы өнлемек ичкиин 28 µм калынлыгында PET йалытым капламасы булунмактадыр. Ысынын желлй-ролл йапысына актарылмасыны дестеклемек амажыйла 9 µм калынлыгында бир бакыр ысы дагытым катмары да моделье екленмиштир.

Биринжи ички жылыткычйа 118,9 W, икинжи ички жылыткычйа 224,2 W ве сырткы жылыткычйа 179,4 W кубат уйгуланмыштыр. Дыш жылыткычнын гүжү, сырткы кабуга йакын бөлгелерде ашыры ысы бирикимини азалтмак амажыйла икинжи ички жылыткычнын гүжүнүн %80’и оларак белирленмиштир.

Катмар табанлы тасарым дегишкенлери кантип танымланмыштыр?

Үч бөлгедеки желлй-ролл катмары сайылары \(n_1\), \(n_2\) ве \(n_3\) менен гөстерилмиштир:

• \(n_1\): Полимер меркез менен биринжи ички жылыткыч арасындаки катмар сайысы,
• \(n_2\): Ики ички жылыткыч арасындаки катмар сайысы,
• \(n_3\): Икинжи ички жылыткыч менен сырткы жылыткыч арасындаки катмар сайысы.

Топлам актиф катмар сайысы сабит тутулмуштур:

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

\[ N_{JR}=51 \]

Ошондуктан үчүнжү бөлгенин катмар сайысы шу шекилде хесапланмыштыр:

\[ n_3=51-n_1-n_2 \]

\(n_1\) ве \(n_2\), 8 менен 24 арасында 17 ар башка тамсайы дегер алмыштыр. Бөйлеже:

\[ 17\times17=289 \]

ар башка жылыткыч йерлешими олуштурулмуштур.

Арама узайынын кичине бир асиметриси вардыр. \(n_1\) ве \(n_2\) 8–24 аралыгыйла сынырландырылыркен \(n_3\) ичкиин ошол эле сыныр конулмамыштыр. Денклем гереги үчүнжү бөлге теорик оларак 3 менен 35 катмар арасында дегишебилмектедир. Ен ийи жыйынтыкларын булундугу бөлгеде \(n_3\) 18 же 19’дур; бирок бүтүн 289 конфигүрасйонун ошол эле үретим кысытлары алтында дегерлендирилип дегерлендирилмедиги айрыжа ачыкланмамыштыр.

Ысы трансфери ханги денклемле чөзүлмүштүр?

Хер каты малземе бөлгеси ичкиин гечижи ысы менентим денклеми кулланылмыштыр:

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

• \(\rho_i\): и нумаралы малземенин тыгыздыгыдур.
• \(C_{p,i}\): Өзгүл ысы сыйымдуулуксидир.
• \(T_i\): Йерел температуратыр.
• \(k_i\): Ысыл мененткенликтир.
• \(\dot{q}_i\): Бирим хажимде үретмененн ысыдыр.

Ысы үретими гана никел жылыткычлара уйгуланмыштыр:

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

Жылыткыч хажми шу шекилде танымланмыштыр:

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

• \(P_{h,j}\): ж нумаралы жылыткычнын гүжүдүр.
• \(A_{h,j}\): Еткин жылыткыч аланыдыр.
• \(\delta_h\): Никел фолйонун калынлыгыдыр.

Дыш йүзейде ташынымла ысы кайбы уйгуланмыштыр:

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

Бурада ортам сыжаклыгы \(T_\infty=-50\ ^\circ C\), ташыным катсайысы исе \(х=5\ \теxт{W/(м²·К)}\) оларак берилген.

Симетри ексенинде сыфыр ысы акысы кабул едилмиштир:

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

Моделин темел варсайымлары нелердир?

• Йогунлук, өздүк ысы ве ысыл мененткенлик температуратан көз карандысыз ве сабиттир.
• Катмарлар арасында кусурсуз термал темас вардыр.
• Катмарлар арасы темас диренжи сыфыр кабул едилмиштир.
• Батареянын електрокимйасал реаксийонлары модельленмемиштир.
• Шарж дуруму ве ток үретими диккате алынмамыштыр.
• Liтйум капланмасы кинетиги хесапланмамыштыр.
• Жылыткыч гүжү хажимсел ысы кайнагы оларак уйгуланмыштыр.
• Малземе деформасйону ве термал герилмелер чөзүлмемиштир.

Бу варсайымлар, йерлешимин саф геометрик еткисини инжелемейи колайлаштырмактадыр. Анжак жыйынтыкларын герчек ячейкайе актарылмасыны сынырландырмактадыр.

Баштапкы сыжаклыгы эмне?

Изилдөөнын ыкма метнинде хесаплама аланынын 20 °Ж’лик дүзгүн бир баштапкы дегерийле башлатылдыгы йазылмыштыр. Табло 4 де “гечижи ысы актарымы чөзүмү ичкиин баштапкы дегери”ни 20 °Ж оларак вермектедир. Буна каршы Шекил 3, 4 ве 7–9’даки максимум, орточо ве минимум температура егрмененринин түмү болжол менен −50 °Ж’ден башламактадыр.

Бу ики билги ошол эле физиксел баштапкы кошулуну темсил едемез. Оласы ачыкламалардан бири, 20 °Ж’нин чөзүжү ичкиин сандык баштапкы тахмини; −50 °Ж’нин исе герчек ячейка баштапкы сыжаклыгы олмасыдыр. Анжак изилдөө бөйле бир айрым йапмамактадыр. Ошондуктан симуляцияун физиксел баштапкы сыжаклыгы метинде тутарлы бичкиимде рапорланмыш дегилдир.

Жылытуу чеврими кантип уйгуланмыштыр?

Илк 60 санийеде жылыткычлар актифтир. Даха сонраки 30 санийеде кубат кесилмекте ве ысынын ячейка ичкиинде йениден дагылмасы бекленмектедир. Оптимизасйонда кулланылан сон температура дегерлери, бу 90 санийелик сүрежин сонундаки дегерлердир.

Температура теңлиги кантип өлчүлмүштүр?

Ячейканин хажим орточолы сыжаклыгы шу шекилде танымланмыштыр:

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

Айны хесаплама аланындаки ен жогорку ве ен төмөн температуралар:

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

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

оларак белирленмиштир. Ана термал теңлик өлчүтү исе:

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

бичкииминдедир.

Күчүк \(\Delta T\), ячейка ичкииндеки температураларын бирбирине даха йакын олдугуну гөстерир. Анжак гана температура фаркыны күчүлтмек йетерли дегилдир. Өрнегин бүтүн ячейканин −20 менен −15 °Ж арасында булунмасы гана 5 °Ж фарк олуштурур; буна рагмен ячейка йетеринже ысытылмыш олмаз.

Оптимизасйон проблеми кантип йазылмыштыр?

Изилдөөнын математиксел амажы, 90 санийенин сонундаки температура фаркыны ен аза индирмектир:

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

Кысытлар шөйледир:

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

\[ n_3=51-n_1-n_2 \]

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

Бу кысытлар гана сон заман олан \(t_f\) ичкиин гечерлидир. Актиф жылытуу сырасында олушан ен жогорку температура ичкиин айры бир үст сыныр йазылмамыштыр.

Аг көз карандысызлыгы не кадар кубатлүдүр?

Шекил 2’де болжол менен 600 бин, 760 бин ве 1,3 милйон елеманлы аглар каршылаштырылмыштыр. Елеман сайысы артырылдыгында:

• Максимум температура болжол менен 27,48 °Ж’ден 26,36 °Ж’йе,
• Орталама температура болжол менен 24,30 °Ж’ден 23,41 °Ж’йе,
• Минимум температура болжол менен 16,69 °Ж’ден 14,33 °Ж’йе

дегишмектедир.

Шекилде минимум сыжаклыгын дегишими болжол менен −%14,5 оларак гөстерилмектедир. Бу чоңлүк, температура фаркынын оптимизе едилдиги бир изилдөөда өнемсиз кабул едмененбмененжек кадар кичине дегилдир. Айрыжа сонраки анализлерде ханги аг тыгыздыгынун сечилдиги ве сечим өлчүтүнүн не олдугу ачык түрдө белиртилмемиштир.

Ошондуктан изилдөө бир аг дуйарлылыгы инжелемеси сунмактадыр; бирок “жыйынтыклар аг бойутундан көз карандысыздыр” сонужу өзелликле минимум температура бтокындан йетеринже кубатлү дегилдир.

Модел кантип догруланмыштыр?

Изилдөөчүлөр тең аралыклы реферанс дүзени кулланмыштыр:

\[ n_1=n_2=n_3=17 \]

Бу геометри, өнжеки бир 4680 ички жылытуу изилдөөсынын сыныр кошуллары ве кубатлерийле чөзүлмүш; мевжут модельин температура егрмененри өнжеки сандык жыйынтыкларла каршылаштырылмыштыр.

Максимум ве минимум дегерлер арасындаки фаркын %1’ден кичине олдугу белгиленген. Температура контурларынын генел бичкиими де өнжеки симуляцияа бенземектедир.

Бу ишлем тажрыйбасел догрулама дегилдир. Мевжут модель, башка бир сандык модельин жыйынтыкларыны йениден үретмектедир. Демек ики модельин ошол эле кабуллери же ошол эле ексикликлери пайлашмасы мүмкүндүр.

289 йерлешим не гөстермиштир?

Шекил 5’те \(n_1\) ве \(n_2\) дегерлеринин хер бирлешими ичкиин сон температура фаркы бир ысы харитасыйла гөстерилмиштир. Харитадаки дегерлер болжол менен 5,7 °Ж’ден 133,6 °Ж’йе кадар узанмактадыр.

Жылыткычларын чок денгесиз конумландырылдыгы базы йерлешимлерде температура фаркы ашыры йүкселмиштир. Жылыткычлар белирли орта аралыкларда дагытылдыгында исе термал аланлар бирбирини даха денгели тамамламыш ве температура фаркы күчүлмүштүр.

Шекил 6, температура фаркы менен максимум температура арасындаки илишкийи гөстермектедир. Базы конфигүрасйонлар төмөн \(\Delta T\) үретсе де температуралары истенен 15–35 °Ж аралыгында дегилдир. Ошондуктан изилдөөчүлөр гана ысы харитасынын ен кичине дегерини дегил, сон максимум ве минимум температуралары да дегерлендирмиштир.

Оптимум оларак ханги йерлешим сечилмиштир?

Изилдөөда оптимум оларак билдирмененн йапы шөйледир:

Бу йерлешимин сон температуралары шөйледир:

• Максимум температура: 24,82 °Ж,
• Минимум температура: 19,16 °Ж,
• Температура фаркы: 5,662 °Ж.

Шекил 7(а), сырткы ве ички жылыткычларын термал аланларынын ячейка бойунжа даха денгели дагылдыгыны гөстермектедир. Ен сыжак бөлгелер жылыткычлара йакын ички аланларда булунуркен сырткы ве меркез бөлгелер арасындаки фарк реферанс йерлешиме гөре азалмыштыр.

Оптимум чөзүм бензерсиз би?

Хайыр. Табло 5’те шу ики йерлешим ошол эле температура фаркыны үретмектедир:

Хер ики йерлешим де математиксел кысытлардаки 15–35 °Ж аралыгыны сагламактадыр. Демек Денклем 12 ве 13’те йазылан амач фонксийону ачысындан ики дүзен де тең оптимумдур.

Изилдөөчүлөр 14–19–18 дүзенини, ошол эле кубат алтында бираз даха жогорку минимум ве максимум температура үретмеси ве температура дагылымыны даха уйгун гөрмелери неденийле тержих етмиштир. Бу, анлашылабилир бир мүхендислик сечими олабилир; бирок “даха кубатлү генел жылытуу” же белирли бир контур нителиги математиксел амач фонксийонуна икинжил өлчүт оларак екленмемиштир.

Ошондуктан изилдөө тек бир математиксел оптимумдан чок, тең температура фаркына сахип ики адай арасындан ек бир нител дегерлендирмейле сечилмиш тержих едмененн дүзен сунмактадыр.

Дигер төмөн температура фаркына сахип дүзенлер кантипдыр?

Шекил 9’даки 12–21–18 дүзенинде температура фаркы гана 6,06 °Ж олмасына рагмен жылыткыч чеврелеринде даха белиргин температура йыгылмасы гөрүлмектедир. Бу каршылаштырма, ошол эле скалер температура фаркына йакын ики аланын узамсал дагылымларынын ар башка олабмененжегини гөстермектедир.

Ячейка герчектен 15–35 °Ж аралыгында мы калмыштыр?

Йалнызжа сон дурумда. Оптимум йерлешимин Шекил 7(б)’деки температура егрисинде максимум температура, актиф жылытуунын биттиги 60. санийеде болжол менен 41–42 °Ж’йе улашмактадыр. Жылыткычлар капатылдыктан сонра сыжак бөлгедеки ысы даха согук бөлгелере дагылмакта ве максимум температура 90. санийеде 24,82 °Ж’йе инмектедир.

Ошондуктан изилдөөнын 15–35 °Ж кысыты:

• Жылытуунын хер аны ичкиин уйгуланмамыштыр.
• Жылыткыч йүзейиндеки гечижи тепе сыжаклыгы сынырланмамыштыр.
• Йалнызжа 30 санийелик динленме сонрасындаки сон температуралара уйгуланмыштыр.

Герчек бир ячейкаде йалытым табакаларынын, електролитин же йерел електрот бөлгелеринин кыса сүрели жогорку температуралара кантип тепки вережеги айрыжа дегерлендирилмелидир.

%53,6 иймененшме кантип хесапланмыштыр?

Реферанс изилдөөнын температура фаркы 12,2 °Ж, оптимум дүзенин температура фаркы 5,662 °Ж оларак алынмыштыр:

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

Анжак мевжут модельин кенди реферанс симуляцияунда максимум температура 26,9 °Ж ве минимум температура 14,9 °Ж олдугундан фарк 12,0 °Ж’дир. Оптимум дегер бу 12,0 °Ж менен каршылаштырылырса азалма болжол менен %52,8 олур.

Арадаки фарк кичинетүр; бирок изилдөөнын %53,6 дегери кенди реферанс симуляцияуна дегил, өнжеки изилдөөнын 12,2 °Ж дегерине дайанмактадыр.

Енержи дегерлендирмеси не гөстермектедир?

Бүтүн йерлешимлерде топлам кубат ве жылытуу сүреси ошол эледыр:

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

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

Изилдөөда айрыжа энергияйе гөре нормализе едилмиш бир температура теңлиги гелиштирме гөстергеси танымланмыштыр:

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

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

Бу дегер класик анламда энергия веримлилиги дегилдир. Ячейканин алдыгы йарарлы энергияйи, електриксел кайыплары же ортам кайбыны хесапламаз. Йалнызжа ошол эле энергия вермененн ики йерлешим арасындаки температура фаркы иймененшмесини бирим энергияйле ифаде еден, изилдөөйа өзгү каршылаштырма гөстергесидир.

Жылыткыч йерлешиминин үретим ачысындан анламы эмне?

Жылыткыч конумларынын катмар сайысыйла танымланмасы, тасарымын желлй-ролл сарым сүрежине багланмасы ачысындан йарарлыдыр. Оптимум дүзен:

• Жылыткыч сайысыны артырмамактадыр.
• Топлам жылытуу гүжүнү йүкселтмемектедир.
• Ячейканин сырткы бойутларыны дегиштирмемектедир.
• Ысы үретим нокталарыны актиф йапынын ичкиинде йениден дагытмактадыр.

Муну менен бирге изилдөө базы бөлүмлерде иймененштирменин “ячейкаде йапысал дегишиклик йапылмадан” елде едилдигини сөйлемектедир. Ич жылыткычларын желлй-ролл ичкииндеки йеринин дегиштирилмеси, сырткы бойутлары дегиштирмесе де ячейканин ички катмар дүзенинде бир тасарым дегишиклигидир. Даха догру ифаде, “сырткы бойутлар, жылыткыч сайысы ве топлам кубат дегиштирилмеден” олмалыдыр.

Пратик уйгуламада ханги коопсузк сорунлары вардыр?

• Никел фолйонун актиф катмарлардан гүвенилир бичкиимде йалытылмасы,
• PET капламанын сарым, титрешим ве чеврим йашланмасына дайанмасы,
• Жылыткыч же багланты арызасынын ички кыса девре олуштурмамасы,
• Йерел сыжак нокталарын алгыланмасы ве гүжүн заманында кесилмеси,
• Жылыткычнын ячейка сыйымдуулукси ве энергия тыгыздыгындан не кадар хажим алдыгы,
• Ек метал ве полимерлерин кайра иштетүү сүрежине еткиси,
• Жылыткычнын термал качак сырасында кантип даврандыгы,
• Үретим толерансларынын оптимум катмар аралыкларыны кантип дегиштирдиги

изилдөөнын сандык оптимизасйонунда чөзүлмемиштир.

Изилдөөнын дестекледиги жыйынтыклар нелердир?

• Жылыткычларын радйал конуму, ошол эле кубат алтында ячейка ичкии температура дагылымыны өнемли өлчүде дегиштиребилир.
• Катмар сайысы, силиндирик ячейкалерде үретимле илишкили бир айрык йерлешим дегишкени оларак кулланылабилир.
• Жылыткычларын ашыры йакын же ашыры узак олмасы сыжак нокталары йа да согук бөлгелери артырабилир.
• Инжеленен модель ве сыныр кошулларында 14–19–18 менен 13–20–18 дүзенлери ен төмөн сон температура фаркыны вермиштир.
• 14–19–18 дүзени, реферанс сандык сонужа гөре температура фаркыны болжол менен йары йарыйа азалтмыштыр.
• Йерлешим оптимизасйонуйла ек електрик энергияси верилмеден даха тең сон температура аланы елде едмененбилир.

Изилдөө нейи далилдебейт?

• 14–19–18 йерлешиминин бүтүн 4680 ячейка кимйалары ичкиин оптимум олдугуну далилдебейт.
• Герчек бир батареяда %53,6 иймененшме елде едмененжегини көрсөтпөйт.
• Ячейканин бүтүн жылытуу сүресинже 15–35 °Ж арасында калдыгыны көрсөтпөйт.
• Ич жылыткычларын чеврим өмрүнү узаттыгыны тажрыйбасел оларак далилдебейт.
• Liтйум капланмасынын өнлендигини көрсөтпөйт.
• Жылыткычларын електриксел йалытым ве кыса девре коопсузгини догруламамактадыр.
• Моделин аг бойутундан тамамен көз карандысыз олдугуну кубатлү бичкиимде көрсөтпөйт.
• Өнермененн йерлешимин сери үретимде сарылабилир ве гүвенилир олдугуну далилдебейт.
• Илаве никел, бакыр ве йалытым катмарларынын энергия тыгыздыгына еткисини хесапламамактадыр.
• Дигер ортам температуралары, кубат севийелери ве ташыным кошулларында ошол эле оптимумун корунажагыны көрсөтпөйт.

Түркия’деки електрикли арач ве батарея изилдөөлары ачысындан анламы эмне?

Араштырма белирли бир үлкенин кулланым верисине баглы дегилдир. Бүйүк силиндирик батареяларын согук ортамда өн ысытылмасыйла илгили генел бир термал тасарым проблеми еле алынмактадыр.

Түркия’де бензер бир тасарымын дегерлендирилмеси ичкиин шу изилдөөлар өнемлидир:

• Фарклы ячейка кимйаларыйла герчек 4680 нумунелеринин үретилмеси,
• −10, −20, −30 ве даха төмөн температураларда тажрыйбасел догрулама,
• Жылыткычларын герчек желлй-ролл сарымына меканик оларак екленмеси,
• Йалытым делинмеси ве ички кыса девре тестлери,
• Жылытуу сырасында ячейканин ар башка нокталарында термокупл өлчөөлери,
• Актиф жылытуу сырасындаки гечижи температура тепесинин сынырландырылмасы,
• Шарж башлангыжыйла литйум капланмасы рискинин бирликте модельленмеси,
• Йашландырма ве чеврим өмрү тажрыйбалери,
• Батарея пакетиндеки комшу ячейкалер ве согутма системийле еткмененшимин инжеленмеси,
• Ек жылыткыч малземелеринин сыйымдуулук, малийет ве кайра иштетүүе еткисинин хесапланмасы

гереклидир. Изилдөөдаки катмар аралыклары, тажрыйбасел догрулама олмадан түздөн-түз бир үретим речетеси же коопсузк стандарды оларак кулланылмамалыдыр.

Изилдөөнын Ыкмаи ве Жыйынтыктары

Текник ыкма өзети

Реферанс ве оптимизе едилмиш йерлешимин каршылаштырмасы

Рапорланан темел казанымлар

Метин ве гөрселлердеки критик тутарсызлыклар

Изилдөөнын кубатлү йөнлери

• Жылыткыч конумуну түздөн-түз желлй-ролл катмар сайысыйла илишкмененндирмиштир.
• 289 ар башка айрык йерлешими ошол эле кубат ве сыныр кошуллары алтында каршылаштырмыштыр.
• Максимум, минимум, орточо температура ве температура фаркыны бирликте дегерлендирмиштир.
• Йалнызжа орточо сыжаклыгы дегил, узамсал температура контурларыны да инжелемиштир.
• Жылытуу ве ысы дагылымы ичкиин айры актиф ве динленме дөнемлери модельлемиштир.
• Малземе катмарларыны тек бир ешдегер ортам йерине айры термофизиксел өзелликлерле темсил етмиштир.
• Өнермененн дүзенин сырткы бойут же топлам энергия артышы геректирмедигини гөстермиштир.
• Үретим, йалытым, коопсузк ве кайра иштетүү сорунларыны жыйынтык тартышмасына дâхил етмиштир.
• Финансман, вери еришими, чыкар чатышмасы ве йапай зекâ кулланым бейанлары берилген.

Изилдөөнын темел сынырлылыклары

• Физиксел ячейка же прототип үзеринде тажрыйба йапылмамыштыр.
• Догрулама көз карандысыз тажрыйба вериси йерине башка бир сандык моделье дайанмактадыр.
• Баштапкы сыжаклыгы ве модель бойуту тутарлы баяндалган эмес.
• Аг көз карандысызлыгы өзелликле минимум температура бтокындан икна едижи дегилдир.
• Малземе өзелликлери температуратан көз карандысыз кабул едилмиштир.
• Катмарлар арасы термал темас диренжи ихмал едилмиштир.
• Електрокимйасал ысы үретими ве заряд дуруму жок.
• Liтйум капланмасы гана мотивасйон оларак анылмыш, модельленмемиштир.
• Жылыткычларын актиф олдугу дөнемде 35 °Ж үзериндеки гечижи температура сынырландырылмамыштыр.
• Йалытым делинмеси, ички кыса девре ве термал качак дегерлендирилмемиштир.
• Жылыткычларын актиф малземе хажми ве энергия тыгыздыгы үзериндеки еткиси хесапланмамыштыр.
• Оптимум гана тек ортам сыжаклыгы ве тек кубат дагылымы ичкиин белирленмиштир.
• \(n_3\) дегишкенине \(n_1\) ве \(n_2\) менен ошол эле алт ве үст сынырлар уйгуланмамыштыр.
• Ики тең амач дегеринден биринин сечилмесини саглайан икинжил өлчүт математиксел оларак танымланмамыштыр.
• Симүласйон досйалары ве там вери сети ачык бир депода йайымланмамыштыр.

Жыйынтыклары кубатлендирежек ек изилдөөлар

• Физиксел 4680 прототип үзеринде термокупл ве термал камера догруламасы,
• Ич жылыткычларын желлй-ролл үретимине герчек оларак екленмеси,
• Сыжаклыга баглы термофизиксел өзелликлерин кулланылмасы,
• Катмарлар арасы темас диренчлеринин өлчүлмеси ве моделье екленмеси,
• Термал-електрокимйасал ешленик модель гелиштирилмеси,
• Жылытуу сырасында литйум капланмасы рискинин хесапланмасы,
• Актиф жылытуу тепе сыжаклыгына айры бир кысыт конулмасы,
• Ортам сыжаклыгы ве кубат ичкиин дайаныклылык оптимизасйону йапылмасы,
• Жылыткыч конуму менен кубат дагылымынын бирликте оптимизе едилмеси,
• Фарклы ячейка кимйалары ве йашланма дүзейлеринин сынанмасы,
• Герчек батарея пакети ичкиинде комшу ячейкалерин еткисинин инжеленмеси,
• Йалытым ве ички кыса девре коопсузк тестлери,
• Енержи тыгыздыгы, үретим малийети ве кайра иштетүү еткисинин хесапланмасы,
• Даха кубатлү аг йакынсама изилдөөсы ве оптимумун ар башка агларда йениден хесапланмасы,
• Чок өлчүтлү оптимизасйонда \(\Delta T\), орточо температура, тепе сыжаклыгы ве энергия түкетиминин бирликте кулланылмасы.

Булак ве Ыкма Эскертүү

• Изилдөөнын өзгүн ады: Дисжрете Оптимизатион оф Ынтернал Хеатер Аррангемент Басед он Тхермал Униформитй фор Хйбрид Прехеатинг оф 4680 Liтхиум-Ыон Баттериес ин Еxтремелй Жолд Енвиронментс
• Йазарлар: Хади Фаллах Ардесхир; Алиреза Ализадех Милани
• Йазар сыраламасы: Хади Фаллах Ардесхир биринжи, Алиреза Ализадех Милани икинжи йазардыр.
• Еш каткы же еш биринжи йазарлык: Бейан жок.
• Сорумлу йазар: Хади Фаллах Ардесхир
• Сорумлу йазар е-постасы: fallah.hadi@sut.ac.ir
• Курум: Фажултй оф Межханижал Енгинееринг, Саханд Университй оф Тежхнологй, Табриз, Ыран
• Изилдөө йылы: 2026
• Кесин SSRN йүклеме тарихи: Еришмененбмененн изилдөө метнинде ачык түрдө белиртилмемиш ве ресмî кайыттан кесин гүн оларак догруланамамыштыр.
• Булак түрү: Хакем дегерлендирмесинден гечмемиш препринт ве сандык модельлеме изилдөөсы
• Йайын платформу: SSRN
• Препринт DOI: 10.2139/ссрн.7196306
• Ресмî кайыт:SSRN ресмî изилдөө сайфасы
• Калыжы DOI баглантысы:10.2139/ссрн.7196306
• Дерги: Хакемли бир дергиде йайымландыгы тастыкталган эмес.
• Өзгүн йайыневи: Хакемли дерги йайыневи жок; изилдөө SSRN препринт платформунда сунулмуштур.
• Хакемлик дуруму: Изилдөөнын хер сайфасында хакем дегерлендирмесинден гечмедиги белиртилмектедир.
• Финансман: Изилдөөчүлөр каму, тижари же кâр амажы гүтмейен бир курулуштан өзел финансман алынмадыгыны билдирмиштир.
• Чыкар чатышмасы: Билинен финансал чыкар чатышмасы же кишисел илишки булунмадыгы бейан едилмиштир.
• Етик онай: Инсан же хайван изилдөөсы ичкиермедиги ичкиин уйгуланабилир олмадыгы белгиленген.
• Вери еришими: Сандык вермененрин сорумлу йазардан макул талеп үзерине единмененбмененжеги белгиленген.
• Ачык вери депосу: Там симуляция вери сети камуйа ачык бир депойа йүкленмемиштир.
• Код ве COMSOL досйалары: Ачык еришим баглантысы верилмемиштир.
• Үреткен йапай зекâ бейаны: ChatGPT’нин дил дүзенлеме, бичкиимлендирме ве окунабилирлиги гелиштирме амажыйла кулланылдыгы; йазарларын ичкиериги гөзден гечиререк сорумлулугу үстлендиги белгиленген.

Хади Фаллах Ардесхир’ин CRediT каткылары; каврамсаллаштырма, ыкма, йазылым, догрулама, анализ, араштырма, булаклар, вери дүзенлеме, гөрселлештирме, илк таслак, гөзден гечирме, денетим ве проже йөнетимини капсамактадыр. Алиреза Ализадех Милани’нин каткылары йазылым, догрулама, араштырма, вери дүзенлеме, гөрселлештирме ве йазым оларак билдирилген.

Бу Верианла макалесинин билимсел ичкиериги гана йүкленен изилдөөнын метни, денклемлери, малземе таблолары, параметрик геометри шемасы, аг дуйарлылыгы графиги, температура контурлары, 289 дүзенин ысы харитасы, оптимум каршылаштырмалары ве жыйынтык тартышмасы есас алынарак хазырланмыштыр. Дыш булаклар гана библийографик кимлигин, курумун, DOI’нин ве ресмî SSRN кайдынын догруланмасы амажыйла кулланылмыш; сырткы булаклардан йени билимсел булгу екленмемиштир.

Изилдөөнын Шекил 1’инде модель ики бойутлу ексенел симетрик оларак гөстерилиркен ыкма метнинде үч бойутлу оларак адландырылмыштыр. Баштапкы сыжаклыгы метинде 20 °Ж верилмиш, бирок графиклерде температуралар болжол менен −50 °Ж’ден башламыштыр. Бу уйумсузлуклар сессизже дүзелтилмемиштир.

Аг дуйарлылыгы инжелемесинде минимум сыжаклыгын ар башка аглар арасында болжол менен %14,5 дегишмеси неденийле модельин аг көз карандысызлыгы там оларак гөстерилмиш кабул едилмемелидир. Сечмененн агын елеман сайысы да ачык түрдө белиртилмемиштир.

14–19–18 ве 13–20–18 дүзенлери ошол эле 5,662 °Ж температура фаркыны үретмекте ве йазылан сон температура кысытларыны сагламактадыр. Демек билдирмененн математиксел оптимизасйон проблеми тек башына 14–19–18 дүзенини бензерсиз оптимум оларак сечмемектедир. Изилдөөчүлөр бу дүзени даха жогорку сон температуралар ве гөрсел оларак даха уйгун температура дагылымы герекчесийле тержих етмиштир.

%53,6 азалма, өнжеки реферанс изилдөөнын 12,2 °Ж дегерине гөре хесапланмыштыр. Мевжут модельин кенди реферанс сонужу 12,0 °Ж олдугундан ошол эле хесаплама болжол менен %52,8 верир. Айрыжа 15–35 °Ж кысыты гана 90. санийедеки сон дурума уйгуланмыш; актиф жылытуу сырасында гөрүлен болжол менен 41–42 °Ж’лик гечижи максимуму капсамамыштыр.

Изилдөө хакем дегерлендирмесинден гечмемиштир. Жыйынтыклар герчек ячейка тажрыйбаийле догруланмадыгындан өнермененн катмар дүзени үретим речетеси, коопсузк сыныры же бүтүн 4680 ячейкалер ичкиин евренсел оптимум оларак дегерлендирилмемелидир.