Otomotiv endüstrisinde kullanılan batarya hücrelerinin lazer kaynağı ile birleştirmesinde parametre optimizasyonu
The parameter optimization in joining battery cells used in automotive industry with laser welding
- Tez No: 935282
- Danışmanlar: PROF. DR. EROL FEYZULLAHOĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Kocaeli Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 272
Özet
Otomotiv endüstrisinde elektrikli ve hibrit araçların artan popülaritesi, batarya paketlerinde hızlı ve verimli bir birleştirme sürecini gerekli kılmaktadır. Bu tür bağlantılarda, pillerin birbirine bağlanmasını ve elektriksel iletimi sağlayan tırnak ve bara malzemelerinin seçiminde; kaynaklanabilirlik, mekanik dayanım ağırlık, elektriksel ve termal iletkenlik ile maliyet gibi faktörler belirleyici olmaktadır. Yüksek verimlilik ve kısa çevrim süreleri sayesinde lazer kaynak yöntemi, otomotiv sektöründe giderek daha fazla tercih edilen bir teknoloji haline gelmiştir. Bu çalışmada, lityum iyon batarya paketlerinde silindirik pil kasası malzemesini temsilen Hilumin (nikel kaplı çelik) ve bara malzemesini temsilen saf bakır ve 1050 serisi alüminyum kullanılarak bu malzemelerin lazer kaynak yöntemiyle birleştirilmesi incelenmiştir. Araştırma kapsamında lazer hızı, lazer gücü ve genlik gibi kaynak parametrelerinin kaynak dikişi geometrisi, mikro yapı, mekanik dayanım ve elektriksel temas direnci üzerindeki etkileri değerlendirilmiş ve bu parametreler Taguchi ve ANFIS yöntemleri kullanılarak optimize edilmiştir. İlk olarak, bakır-Hilumin ve alüminyum-Hilumin sac malzemeleri lazer kaynağı ile birleştirilmiş; kaynaklı numunelerin elektriksel dirençleri ölçülmüş ve evrensel çekme cihazı ile mekanik dayanımları belirlenmiştir. Çalışma bulguları, alüminyum-Hilumin malzeme çifti için lazer hızının kaynak dikişi geometrisi, mikro yapı, mekanik dayanım ve elektriksel temas direnci üzerinde kritik bir rol oynadığını ortaya koymuştur. Bakır-Hilumin malzeme çifti için ise genlik parametresi mekanik dayanım üzerinde, lazer hızı ise elektriksel direnç üzerinde belirleyici bir faktör olmuştur. Optimizasyon çalışmalarının ardından, doğrulama deneyleri gerçekleştirilmiş ve optimize edilen parametrelerle bağlantıların performansı doğrulanmıştır. Bu çalışma, bakır ve alüminyum baraların Hilumin (nikel kaplı çelik) kılıflı silindirik hücrelere birleştirilmesi için verimli ve ekonomik bir çözüm sunarak, lazer kaynak yönteminin batarya üretim süreçlerindeki önemini vurgulamaktadır.
Özet (Çeviri)
The increasing popularity of electric and hybrid vehicles in the automotive industry necessitates a fast and efficient joining process for battery packs. In such connections, the selection of tab and busbar materials that facilitate electrical conduction and bonding is determined by factors such as weldability, mechanical strength, weight, electrical and thermal conductivity, and cost. Due to its high efficiency and short cycle times, the laser welding method has become an increasingly preferred technology in the automotive sector. This study investigates the laser welding of Hilumin (nickel-coated steel), representing cylindrical cell can material, to pure copper and 1050 series aluminum, representing busbar materials, in lithium ion battery packs. The effects of welding parameters, including laser speed, laser power, and amplitude, on weld seam geometry, microstructure, mechanical strength, and electrical contact resistance were evaluated, and these parameters were optimized using the Taguchi and ANFIS methods. Initially, copper-Hilumin and aluminum-Hilumin sheet materials were joined using laser welding. Subsequently, the electrical resistance of the welded samples was measured, and their mechanical strengths were determined using a universal tensile testing device. The findings revealed that laser speed significantly influenced weld seam geometry, microstructure, mechanical strength, and electrical contact resistance for aluminum- Hilumin joints. For copper-Hilumin joints, amplitude was critical for mechanical strength, while laser speed primarily affected electrical resistance. Validation tests with optimized parameters confirmed the performance of the joints. This study provides an efficient and economical solution for joining copper and aluminum busbars to Hilumin (nickel-coated steel) cylindrical cells, highlighting the importance of laser welding in battery production processes.
Benzer Tezler
- Modelling and state of charge estimation of lithium-ion batteries
Lityum bazlı batarya hücrelerininmodelleme ve şarj durumu tahmini
MANİ KAZIMI
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. METİN GÖKAŞAN
- The lifespan comparison of an NMC811 pouch cell based high voltage battery with silicone and polyurethane foam usage
NMC811 poşet hücre tabanli bir yüksek voltajli bataryada silikon ve poliüretan sünger kullaniminin ömür karşilaştirmasi
SERHAT SOYER
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TURGUT GÜLMEZ
- A novel method to estimate state of charge of li-based batteries
Lityum bazlı batarya hücrelerinin özgün bir yöntem ile şarj durumu tahmini
EYMEN İPEK
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MURAT YILMAZ
- Equivalent consumption minimization strategy for plug-in hybrid electric vehicles
Elektrik prizinden şarj edilebilir hibrit elektrikli araçlar için eşdeğer yakıt tüketimi minimizasyonu stratejisi
FURKAN BİLGE
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Otomotiv Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiOtomotiv Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ OSMAN TAHA ŞEN
- Modeling and characterization of current density distributions in the lead acid battery electrodes
Kurşun asit akü elektrodlarında akım yoğunluk dağılımının modellenmesi ve karakterizasyonu
ÖNER TOY
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Makine MühendisliğiGebze Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA FAZIL SERİNCAN