【Tehnologie cooperativă】 Sistem de răcire prin imersie în două faze pentru tăvi de baterii termoplastice

Tăvile de baterii din compozit termoplastic devin o tehnologie cheie în sectorul vehiculelor energetice noi. Astfel de tăvi încorporează multe dintre avantajele materialelor termoplastice, inclusiv greutatea redusă, rezistența superioară, rezistența la coroziune, flexibilitatea designului și proprietățile mecanice excelente. Aceste proprietăți sunt esențiale pentru asigurarea durabilității și fiabilității tăvilor de baterii. În plus, sistemul de răcire dintr-un pachet de baterii termoplastice joacă un rol vital în menținerea performanței bateriei, prelungirea duratei de viață a acesteia și asigurarea funcționării în siguranță. Un sistem eficient de management termic asigură menținerea bateriei în intervalul de temperatură dorit în toate condițiile de funcționare, crescând astfel eficiența și siguranța bateriei.

Ca tehnologie facilitatoare pentru încărcarea rapidă, Kautex demonstrează implementarea răcirii prin imersie în două faze, unde celula de tracțiune este utilizată ca evaporator în procesul de răcire. Răcirea prin imersie în două faze atinge o rată de transfer de căldură extrem de mare de 3400 W/m^2*K, maximizând în același timp uniformitatea temperaturii în interiorul pachetului de baterii la temperatura optimă de funcționare a bateriei. Drept urmare, sistemul de management termic al bateriei poate gestiona în siguranță și permanent sarcinile termice la rate de încărcare peste 6°C. Performanța de răcire a răcirii prin imersie în două faze poate, de asemenea, inhiba cu succes propagarea căldurii în interiorul carcasei bateriei compozite termoplastice, în timp ce răcirea prin imersie în două faze introdusă disipează căldura în mediu până la 30°C. Ciclul termic este reversibil, permițând încălzirea eficientă a bateriei în condiții ambientale reci. Implementarea transferului de căldură prin fierbere în flux asigură un transfer constant de căldură ridicat, fără colapsul bulelor de vapori și daune ulterioare cauzate de cavitație.

În conceptul de răcire prin imersie directă în două faze de la Kautex, fluidul este în contact direct cu celulele bateriei din interiorul carcasei bateriei, ceea ce este echivalent cu un evaporator într-un ciclu de refrigerare. Imersia celulelor maximizează utilizarea suprafeței celulei pentru transferul de căldură, în timp ce evaporarea constantă a fluidului, adică schimbarea de fază, asigură o uniformitate maximă a temperaturii. Schema este prezentată în Figura 2.

Fig. 2 Principiul de funcționare al răcirii prin imersie în două faze

Ideea de a integra toate componentele necesare pentru distribuția fluidelor direct într-o carcasă de baterie termoplastică, neconductoare, promite a fi o abordare sustenabilă. Atunci când carcasa bateriei și tava bateriei sunt fabricate din același material, acestea pot fi sudate împreună pentru stabilitate structurală, eliminând în același timp necesitatea materialelor de încapsulare și simplificând procesul de reciclare.

Studiile au arătat că o metodă de răcire prin imersie în două faze, utilizând agentul de răcire SF33, demonstrează capacități superioare de disipare a căldurii în transferul căldurii bateriei. Acest sistem a menținut temperaturile bateriei în intervalul 34-35°C în toate condițiile de testare, demonstrând o uniformitate excelentă a temperaturii. Agenții de răcire precum SF33 sunt compatibili cu majoritatea metalelor, materialelor plastice și elastomerilor și nu vor deteriora materialele termoplastice ale carcasei bateriei.

Fig. 3 Experiment de măsurare a transferului de căldură la nivelul pachetului de baterii [1]

În plus, studiul experimental a comparat diferite strategii de răcire, cum ar fi convecția naturală, convecția forțată și răcirea cu lichid cu agent de răcire SF33, iar rezultatele au arătat că sistemul de răcire prin imersie bifazat a fost foarte eficient în menținerea temperaturii celulelor bateriei.
Per total, sistemul de răcire prin imersie bifazică oferă o soluție eficientă și uniformă de răcire a bateriei pentru vehiculele electrice și alte aplicații care necesită stocare de energie, ceea ce contribuie la îmbunătățirea durabilității și siguranței bateriei.