【Teknologi-Kooperativ】 Tofaset nedsænkningskølesystem til termoplastiske batteribakker

Termoplastiske kompositbatteribakker er ved at blive en nøgleteknologi i sektoren for nye energikøretøjer. Sådanne bakker inkorporerer mange af fordelene ved termoplastiske materialer, herunder let vægt, overlegen styrke, korrosionsbestandighed, designfleksibilitet og fremragende mekaniske egenskaber. Disse egenskaber er afgørende for at sikre batteribakkernes holdbarhed og pålidelighed. Derudover spiller kølesystemet i en termoplastisk batteripakke en afgørende rolle i at opretholde batteriets ydeevne, forlænge dets levetid og sikre sikker drift. Et effektivt termisk styringssystem sikrer, at batteriet holdes inden for det ønskede temperaturområde under alle driftsforhold, hvilket øger batteriets effektivitet og sikkerhed.

Som en muliggørende teknologi til hurtig opladning demonstrerer Kautex implementeringen af ​​tofaset nedsænkningskøling, hvor traktionscellen bruges som fordamper i køleprocessen. Tofaset nedsænkningskøling opnår en ekstremt høj varmeoverførselshastighed på 3400 W/m^2*K, samtidig med at temperaturensartetheden i batteripakken maksimeres ved den optimale batteridriftstemperatur. Som et resultat kan batteriets termiske styringssystem sikkert og permanent håndtere termiske belastninger ved opladningshastigheder over 6°C. Køleevnen ved tofaset nedsænkningskøling kan også med succes hæmme varmeudbredelse i den termoplastiske kompositbatteriskal, hvorimod den introducerede tofasede nedsænkningskøling afgiver varme til omgivelserne op til 30°C. Den termiske cyklus er reversibel, hvilket muliggør effektiv opvarmning af batteriet under kolde omgivelsesforhold. Implementeringen af ​​kogende varmeoverførsel sikrer konstant høj varmeoverførsel uden dampboblekollaps og efterfølgende kavitationsskader.

I Kautex' direkte tofasede nedsænkningskølingskoncept er væsken i direkte kontakt med battericellerne inde i batterihuset, hvilket svarer til en fordamper i en kølemiddelcyklus. Cellenedsænkning maksimerer udnyttelsen af ​​cellens overfladeareal til varmeoverførsel, mens konstant fordampning af væsken, dvs. faseændring, sikrer maksimal temperaturensartethed. Skematisk fremstilling er vist i figur 2.

Fig. 2 Funktionsprincip for tofaset nedsænkningskøling

Ideen om at integrere alle de nødvendige komponenter til væskefordeling direkte i en termoplastisk, ikke-ledende batteriskal lover at være en bæredygtig tilgang. Når batteriskallen og batteribakken er lavet af samme materiale, kan de svejses sammen for strukturel stabilitet, samtidig med at behovet for indkapslingsmaterialer elimineres og genbrugsprocessen forenkles.

Undersøgelser har vist, at en tofaset nedsænkningskølingsmetode med SF33-kølemiddel udviser overlegen varmeafledningsevne ved overførsel af batterivarme. Dette system opretholdt batteritemperaturer i området 34-35 °C under alle testforhold, hvilket demonstrerer fremragende temperaturensartethed. Kølemidler som SF33 er kompatible med de fleste metaller, plasttyper og elastomerer og vil ikke beskadige termoplastiske batterihusmaterialer.

Fig. 3 Eksperiment med måling af varmeoverførsel i batteripakke [1]

Derudover sammenlignede den eksperimentelle undersøgelse forskellige kølestrategier såsom naturlig konvektion, tvungen konvektion og væskekøling med SF33-kølemiddel, og resultaterne viste, at det tofasede immersionskølesystem var meget effektivt til at opretholde battericelletemperaturen.
Samlet set giver det tofasede immersionskølesystem en effektiv og ensartet batterikøleløsning til elbiler og andre applikationer, der kræver energilagring, hvilket bidrager til at forbedre batteriets holdbarhed og sikkerhed.