【Teknologi-samarbeid】 Tofaset nedsenkingskjølesystem for termoplastiske batteribrett

Termoplastiske komposittbatteribrett er i ferd med å bli en nøkkelteknologi i sektoren for nye energikjøretøy. Slike brett har mange av fordelene med termoplastiske materialer, inkludert lett vekt, overlegen styrke, korrosjonsbestandighet, designfleksibilitet og utmerkede mekaniske egenskaper. Disse egenskapene er avgjørende for å sikre batteribrettenes holdbarhet og pålitelighet. I tillegg spiller kjølesystemet i en termoplastisk batteripakke en viktig rolle i å opprettholde batteriets ytelse, forlenge levetiden og sikre sikker drift. Et effektivt termisk styringssystem sikrer at batteriet holdes innenfor ønsket temperaturområde under alle driftsforhold, og dermed øker batteriets effektivitet og sikkerhet.

Som en muliggjørende teknologi for hurtiglading demonstrerer Kautex implementeringen av tofaset nedsenkingskjøling, der trekkcellen brukes som fordamper i kjøleprosessen. Tofaset nedsenkingskjøling oppnår en ekstremt høy varmeoverføringshastighet på 3400 W/m^2*K, samtidig som den maksimerer temperaturjevnheten i batteripakken ved optimal batteridriftstemperatur. Som et resultat kan batteriets termiske styringssystem trygt og permanent håndtere termiske belastninger ved ladehastigheter over 6 °C. Kjøleytelsen til tofaset nedsenkingskjøling kan også effektivt hemme varmeforplantning i det termoplastiske komposittbatteriskallet, mens den introduserte tofaset nedsenkingskjølingen avgir varme til omgivelsene opptil 30 °C. Den termiske syklusen er reversibel, noe som muliggjør effektiv oppvarming av batteriet i kalde omgivelsesforhold. Implementeringen av kokende varmeoverføring sikrer konstant høy varmeoverføring uten dampboblekollaps og påfølgende kavitasjonsskade.

I Kautex' direkte tofase nedsenkingskjølekonsept er væsken i direkte kontakt med battericellene inne i batterihuset, noe som tilsvarer en fordamper i en kjølemiddelsyklus. Cellenes nedsenking maksimerer bruken av celleoverflaten til varmeoverføring, mens konstant fordampning av væsken, dvs. faseendring, sikrer maksimal temperaturjevnhet. Skjematisk fremstilling er vist i figur 2.

Fig. 2 Prinsipp for virkemåte for tofaset nedsenkingskjøling

Ideen om å integrere alle nødvendige komponenter for væskefordeling direkte i et termoplastisk, ikke-ledende batteriskall lover å være en bærekraftig tilnærming. Når batteriskallet og batteribrettet er laget av samme materiale, kan de sveises sammen for strukturell stabilitet, samtidig som behovet for innkapslingsmaterialer elimineres og resirkuleringsprosessen forenkles.

Studier har vist at en tofaset nedsenkingskjølemetode med SF33-kjølevæske viser overlegen varmespredningsevne ved overføring av batterivarme. Dette systemet opprettholdt batteritemperaturer i området 34–35 °C under alle testforhold, noe som viser utmerket temperaturjevnhet. Kjølevæsker som SF33 er kompatible med de fleste metaller, plast og elastomerer, og vil ikke skade termoplastiske batteridekselmaterialer.

Fig. 3 Eksperiment med måling av varmeoverføring i batteripakke [1]

I tillegg sammenlignet den eksperimentelle studien ulike kjølestrategier som naturlig konveksjon, tvungen konveksjon og væskekjøling med SF33-kjølevæske, og resultatene viste at det tofasede nedsenkingskjølesystemet var svært effektivt for å opprettholde battericelletemperaturen.
Totalt sett gir det tofasede nedsenkingskjølesystemet en effektiv og jevn batterikjøleløsning for elbiler og andre applikasjoner som krever energilagring, noe som bidrar til å forbedre batteriets holdbarhet og sikkerhet.