【Tecnologia-Cooperativa】 Sistema di raffreddamento a immersione bifase per vassoi di batterie termoplastiche

I vassoi batteria in materiali compositi termoplastici stanno diventando una tecnologia chiave nel settore dei veicoli a nuova energia. Questi vassoi incorporano molti dei vantaggi dei materiali termoplastici, tra cui leggerezza, resistenza superiore, resistenza alla corrosione, flessibilità di progettazione ed eccellenti proprietà meccaniche. Queste proprietà sono fondamentali per garantire la durata e l'affidabilità dei vassoi batteria. Inoltre, il sistema di raffreddamento di un pacco batteria in materiale termoplastico svolge un ruolo fondamentale nel mantenere le prestazioni della batteria, prolungandone la durata e garantendone un funzionamento sicuro. Un sistema di gestione termica efficace garantisce che la batteria venga mantenuta entro l'intervallo di temperatura desiderato in tutte le condizioni operative, aumentandone così l'efficienza e la sicurezza.

Come tecnologia abilitante per la ricarica rapida, Kautex dimostra l'implementazione del raffreddamento a immersione bifase, in cui la cella di trazione viene utilizzata come evaporatore nel processo di raffreddamento. Il raffreddamento a immersione bifase raggiunge un tasso di trasferimento termico estremamente elevato di 3400 W/m²K, massimizzando al contempo l'uniformità della temperatura all'interno del pacco batteria alla temperatura di esercizio ottimale. Di conseguenza, il sistema di gestione termica della batteria è in grado di gestire in modo sicuro e permanente i carichi termici a velocità di carica superiori a 6 °C. Le prestazioni di raffreddamento del raffreddamento a immersione bifase possono anche inibire con successo la propagazione del calore all'interno dell'involucro della batteria in composito termoplastico, mentre il raffreddamento a immersione bifase introdotto dissipa il calore nell'ambiente fino a 30 °C. Il ciclo termico è reversibile, consentendo un riscaldamento efficiente della batteria in condizioni ambientali fredde. L'implementazione del trasferimento termico tramite ebollizione di flusso garantisce un trasferimento termico costantemente elevato senza collasso delle bolle di vapore e conseguenti danni da cavitazione.

Nel concetto di raffreddamento a immersione bifase diretta di Kautex, il fluido è a diretto contatto con le celle della batteria all'interno dell'alloggiamento, il che equivale a un evaporatore in un ciclo refrigerante. L'immersione delle celle massimizza l'utilizzo della superficie delle celle per il trasferimento di calore, mentre l'evaporazione costante del fluido, ovvero il cambiamento di fase, garantisce la massima uniformità di temperatura. Lo schema è mostrato in Figura 2.

Fig. 2 Principio di funzionamento del raffreddamento ad immersione bifase

L'idea di integrare tutti i componenti necessari per la distribuzione dei fluidi direttamente in un guscio di batteria termoplastico e non conduttivo promette di essere un approccio sostenibile. Quando il guscio e il vassoio della batteria sono realizzati nello stesso materiale, possono essere saldati insieme per garantire stabilità strutturale, eliminando al contempo la necessità di materiali di incapsulamento e semplificando il processo di riciclo.

Studi hanno dimostrato che un metodo di raffreddamento a immersione bifase con refrigerante SF33 offre una superiore capacità di dissipazione del calore nel trasferimento del calore dalla batteria. Questo sistema ha mantenuto le temperature della batteria nell'intervallo 34-35 °C in tutte le condizioni di test, dimostrando un'eccellente uniformità di temperatura. I refrigeranti come l'SF33 sono compatibili con la maggior parte dei metalli, delle plastiche e degli elastomeri e non danneggiano i materiali termoplastici dell'involucro della batteria.

Fig. 3 Esperimento di misurazione del trasferimento di calore del pacco batteria [1]

Inoltre, lo studio sperimentale ha confrontato diverse strategie di raffreddamento, come la convezione naturale, la convezione forzata e il raffreddamento a liquido con refrigerante SF33, e i risultati hanno dimostrato che il sistema di raffreddamento a immersione bifase era molto efficace nel mantenere la temperatura delle celle della batteria.
Nel complesso, il sistema di raffreddamento a immersione bifase fornisce una soluzione di raffreddamento della batteria efficiente e uniforme per veicoli elettrici e altre applicazioni che richiedono l'accumulo di energia, contribuendo a migliorare la durata e la sicurezza della batteria.