【Technologická spolupráca】 Dvojfázový imerzný chladiaci systém pre termoplastické batériové zásobníky

Termoplastické kompozitné zásobníky batérií sa stávajú kľúčovou technológiou v sektore vozidiel s novými energetickými zdrojmi. Takéto zásobníky zahŕňajú mnoho výhod termoplastických materiálov vrátane nízkej hmotnosti, vynikajúcej pevnosti, odolnosti proti korózii, flexibility dizajnu a vynikajúcich mechanických vlastností. Tieto vlastnosti sú kľúčové pre zabezpečenie odolnosti a spoľahlivosti zásobníkov batérií. Okrem toho chladiaci systém v termoplastickom batériovom bloku zohráva dôležitú úlohu pri udržiavaní výkonu batérie, predlžovaní jej životnosti a zabezpečovaní bezpečnej prevádzky. Účinný systém tepelného riadenia zabezpečuje, že batéria sa udržiava v požadovanom teplotnom rozsahu za všetkých prevádzkových podmienok, čím sa zvyšuje jej účinnosť a bezpečnosť.

Ako technológiu umožňujúcu rýchle nabíjanie spoločnosť Kautex demonštruje implementáciu dvojfázového imerzného chladenia, kde sa trakčný článok používa ako výparník v procese chladenia. Dvojfázové imerzné chladenie dosahuje extrémne vysoký prenos tepla 3400 W/m^2*K a zároveň maximalizuje rovnomernosť teploty v rámci batériového bloku pri optimálnej prevádzkovej teplote batérie. Vďaka tomu dokáže systém tepelného riadenia batérie bezpečne a trvalo riadiť tepelné zaťaženie pri rýchlostiach nabíjania nad 6 °C. Chladiaci výkon dvojfázového imerzného chladenia dokáže tiež úspešne zabrániť šíreniu tepla v termoplastickom kompozitnom plášti batérie, zatiaľ čo zavedené dvojfázové imerzné chladenie rozptyľuje teplo do okolia až do 30 °C. Tepelný cyklus je reverzibilný, čo umožňuje efektívne ohrievanie batérie v chladných okolitých podmienkach. Implementácia prenosu tepla prúdením a varom zaisťuje konštantne vysoký prenos tepla bez kolapsu bublín pary a následného poškodenia kavitáciou.

V koncepte priameho dvojfázového chladenia ponorením od spoločnosti Kautex je kvapalina v priamom kontakte s batériovými článkami vo vnútri krytu batérie, čo je ekvivalentom výparníka v chladiacom cykle. Ponorenie článkov maximalizuje využitie plochy povrchu článkov na prenos tepla, zatiaľ čo neustále odparovanie kvapaliny, teda fázová zmena, zabezpečuje maximálnu rovnomernosť teploty. Schéma je znázornená na obrázku 2.

Obr. 2 Princíp fungovania dvojfázového imerzného chladenia

Myšlienka integrácie všetkých potrebných komponentov pre distribúciu tekutín priamo do termoplastického, nevodivého plášťa batérie sľubuje udržateľný prístup. Keď sú plášť batérie a zásobník batérie vyrobené z rovnakého materiálu, je možné ich zvariť pre štrukturálnu stabilitu, čím sa eliminuje potreba zapuzdrovacích materiálov a zjednoduší sa proces recyklácie.

Štúdie ukázali, že dvojfázová metóda ponorného chladenia s použitím chladiacej kvapaliny SF33 vykazuje vynikajúce schopnosti odvádzať teplo pri prenose tepla z batérie. Tento systém udržiaval teploty batérie v rozsahu 34 – 35 °C za všetkých testovacích podmienok, čo preukazuje vynikajúcu rovnomernosť teploty. Chladiace kvapaliny ako SF33 sú kompatibilné s väčšinou kovov, plastov a elastomérov a nepoškodzujú termoplastické materiály krytu batérie.

Obr. 3 Experiment s meraním prenosu tepla batériového zdroja [1]

Experimentálna štúdia okrem toho porovnávala rôzne stratégie chladenia, ako je prirodzená konvekcia, nútená konvekcia a kvapalinové chladenie s chladivom SF33, a výsledky ukázali, že dvojfázový imerzný chladiaci systém bol veľmi účinný pri udržiavaní teploty článkov batérie.
Celkovo dvojfázový imerzný chladiaci systém poskytuje efektívne a rovnomerné riešenie chladenia batérií pre elektrické vozidlá a ďalšie aplikácie vyžadujúce skladovanie energie, čo pomáha zlepšiť životnosť a bezpečnosť batérií.