Elektrikli araçlarda şarj süreleri: pil iç ısısı bunları nasıl etkiliyor?

Şarj sırasında pillerin ürettiği iç ısının şarj sürelerini artırabileceğini biliyor muydunuz? Bu, elektrikli araç üreticilerinin yenilikçi soğutma sistemlerini araçlarına eklemesinin başlıca nedenlerinden biridir. Bu sayede pillerin kullanılabilirliği çok daha yüksek olur.

Şarj sırasında bir pilin ürettiği ısıyı etkin biçimde yönetmek, elektrikli araç üreticilerinin bugün karşılaştığı en büyük zorluklardan biridir. Ayrıca, 800 V ve 350 kW’lık ultra hızlı şarj istasyonlarının yeni Avrupa’ya ulaştığı da göz önünde bulundurulmalıdır. Soğutma konusu daha da karmaşık hale mi geliyor?

Bugün elektrikli otomobilleri besleyen lityum iyon pil paketleri, hücrelerden oluşturulmaktadır. Tek bir lityum iyon hücresinin 3,6 V gerilim ve 3,4 Ah elektrik kapasitesi ürettiğini belirtmekte fayda var. Daha yüksek gerilim elde etmek için hücreler birleştirilip paralel gruplar halinde bağlanmalıdır. Böylece hem gerilim hem de kapasite çoğalır.

Ancak üreticileri asıl ilgilendiren, pilin C hızıdır. Bu, pilin kapasitesine göre ne kadar hızlı şarj edilip boşaltılabileceğini tanımlar. C oranı yükseldikçe pilin şarjı daha kısa sürer; ancak bunun bir sınırı vardır: şarj sırasında iç dirençten kaynaklanan ısı artar. Hücrelerin büyük bir yoğunlukta bir araya gelmesi nedeniyle oluşan ısının uzaklaştırılması zordur.

Pil paketleri: en uygun soğutma nasıl sağlanır?
Bu zorluğun üstesinden gelmek için elektrikli araçların lityum iyon pil paketleri giderek suyla veya su-glikol karışımıyla soğutulmaya başlanmaktadır. Akışkan, bir ısı eşanjörü aracılığıyla soğutulur. Bu termal enerji, örneğin kabinin ısıtılması gibi amaçlarla yeniden kullanılabilir. Bunun açık bir örneğini Audi e-tron’un pil paketinde görebiliriz: Burada soğutucu, ekstrüde alüminyum soğuk plakalardaki kanallardan pompalanır. Tek tek hücreler, ısıyı onlardan plakalara ve ardından soğutucuya ileten bir jel içine monte edilir.

Bu yalnızca bir yöntemdir; Tesla pil paketinde silindirik hücreler arasına yerleştirilmiş soğutma boruları sistemi kullanır. Genel olarak hücreler şarj sırasında, sürüşe göre yaklaşık üç kat daha fazla ısı üretir ve ne kadar hızlı şarj edilirse üretilen ısı miktarı da o kadar artar. Dolaylı soğutmanın sınırlamaları vardır; çünkü ısı, hücrelerden yalnızca soğutma sistemindeki plaka veya boruların temas noktalarında uzaklaştırılır. Bazı şirketler şimdiden ısı emisyonlarını iyileştirmeyi ve azaltmayı amaçlayan projeler üzerinde çalışıyor.

Özellikle, I-CoBat adlı bir proje bulunmaktadır. Bu projenin amacı, hücrelerin ve konektörlerin tamamen biyolojik olarak parçalanabilen ve dielektrik (yani elektrik iletmeyen) bir sıvıya daldırıldığı yeni bir daldırmalı soğutma yöntemi geliştirmektir. Sıvı, hücrenin tüm yüzeyiyle temas ettiğinden, daldırmalı soğutmanın elektrikli araçların şarj sürelerini kısaltması, önemli ölçüde daha yüksek C oranlarına izin vererek menzili artırması ve pilin daha hassas termal yönetimi sayesinde yaşlanma sürecini yavaşlatması beklenmektedir.