Kompozytowe tace akumulatorowe z tworzyw termoplastycznych stają się kluczową technologią w sektorze nowych pojazdów energetycznych. Takie tace łączą w sobie wiele zalet materiałów termoplastycznych, takich jak lekkość, doskonała wytrzymałość, odporność na korozję, elastyczność konstrukcji i doskonałe właściwości mechaniczne. Właściwości te mają kluczowe znaczenie dla trwałości i niezawodności tac akumulatorowych. Ponadto, układ chłodzenia w termoplastycznym zestawie akumulatorowym odgrywa kluczową rolę w utrzymaniu wydajności akumulatora, wydłużeniu jego żywotności i zapewnieniu bezpiecznej eksploatacji. Skuteczny system zarządzania temperaturą zapewnia utrzymanie akumulatora w pożądanym zakresie temperatur w każdych warunkach pracy, zwiększając tym samym jego wydajność i bezpieczeństwo.
Jako technologię umożliwiającą szybkie ładowanie, Kautex demonstruje wdrożenie dwufazowego chłodzenia zanurzeniowego, w którym ogniwo trakcyjne pełni rolę parownika w procesie chłodzenia. Dwufazowe chłodzenie zanurzeniowe osiąga niezwykle wysoki współczynnik przenikania ciepła wynoszący 3400 W/m²*K, jednocześnie maksymalizując równomierność temperatury w akumulatorze przy optymalnej temperaturze roboczej akumulatora. W rezultacie system zarządzania temperaturą akumulatora może bezpiecznie i trwale zarządzać obciążeniami termicznymi przy szybkości ładowania powyżej 6°C. Wydajność chłodzenia dwufazowego chłodzenia zanurzeniowego może również skutecznie hamować rozprzestrzenianie się ciepła w obudowie akumulatora z kompozytu termoplastycznego, podczas gdy wprowadzone dwufazowe chłodzenie zanurzeniowe rozprasza ciepło do otoczenia do temperatury 30°C. Cykl termiczny jest odwracalny, co umożliwia efektywne nagrzewanie akumulatora w niskich temperaturach otoczenia. Zastosowanie technologii przepływu wrzenia zapewnia stały, wysoki współczynnik przenikania ciepła bez zapadania się pęcherzyków pary i późniejszego uszkodzenia kawitacyjnego.
W koncepcji bezpośredniego, dwufazowego chłodzenia zanurzeniowego firmy Kautex, płyn ma bezpośredni kontakt z ogniwami akumulatora wewnątrz obudowy akumulatora, co odpowiada parownikowi w obiegu czynnika chłodniczego. Zanurzenie ogniwa maksymalizuje wykorzystanie powierzchni ogniwa do wymiany ciepła, a stałe parowanie płynu, czyli zmiana fazy, zapewnia maksymalną jednorodność temperatury. Schemat przedstawiono na rysunku 2.
Rys. 2 Zasada działania chłodzenia zanurzeniowego dwufazowego
Pomysł zintegrowania wszystkich niezbędnych komponentów do dystrybucji płynu bezpośrednio w termoplastycznej, nieprzewodzącej obudowie akumulatora wydaje się być rozwiązaniem zrównoważonym. Wykonanie obudowy i tacy akumulatora z tego samego materiału pozwala na ich zespawanie w celu zapewnienia stabilności konstrukcyjnej, eliminując jednocześnie potrzebę stosowania materiałów hermetyzujących i upraszczając proces recyklingu.
Badania wykazały, że dwufazowa metoda chłodzenia zanurzeniowego z wykorzystaniem chłodziwa SF33 charakteryzuje się doskonałymi właściwościami odprowadzania ciepła w akumulatorze. System ten utrzymywał temperaturę akumulatora w zakresie 34-35°C we wszystkich warunkach testowych, wykazując doskonałą jednorodność temperatury. Chłodziwa takie jak SF33 są kompatybilne z większością metali, tworzyw sztucznych i elastomerów i nie uszkadzają termoplastycznych materiałów obudów akumulatorów.
Rys. 3 Eksperyment pomiaru wymiany ciepła w akumulatorze [1]
Ponadto w badaniu eksperymentalnym porównano różne strategie chłodzenia, takie jak konwekcja naturalna, konwekcja wymuszona i chłodzenie cieczą z użyciem czynnika chłodzącego SF33. Wyniki wykazały, że dwufazowy układ chłodzenia zanurzeniowego jest bardzo skuteczny w utrzymywaniu temperatury ogniw akumulatora.
Ogólnie rzecz biorąc, dwufazowy układ chłodzenia zanurzeniowego zapewnia wydajne i równomierne rozwiązanie chłodzenia akumulatorów w pojazdach elektrycznych i innych zastosowaniach wymagających magazynowania energii, co przyczynia się do zwiększenia trwałości i bezpieczeństwa akumulatorów.
Czas publikacji: 14 października 2024 r.