Termoplastiska kompositbatteribrickor håller på att bli en viktig teknik inom sektorn för nya energifordon. Sådana brickor har många av fördelarna med termoplastiska material, inklusive låg vikt, överlägsen styrka, korrosionsbeständighet, designflexibilitet och utmärkta mekaniska egenskaper. Dessa egenskaper är avgörande för att säkerställa batteribrickornas hållbarhet och tillförlitlighet. Dessutom spelar kylsystemet i ett termoplastiskt batteripaket en viktig roll för att bibehålla batteriets prestanda, förlänga dess livslängd och säkerställa säker drift. Ett effektivt värmehanteringssystem säkerställer att batteriet hålls inom önskat temperaturintervall under alla driftsförhållanden, vilket ökar batteriets effektivitet och säkerhet.
Som en möjliggörande teknik för snabbladdning demonstrerar Kautex implementeringen av tvåfas nedsänkningskylning, där traktionscellen används som en förångare i kylprocessen. Tvåfas nedsänkningskylning uppnår en extremt hög värmeöverföringshastighet på 3400 W/m^2*K samtidigt som temperaturjämnheten i batteripaketet maximeras vid optimal batteridriftstemperatur. Som ett resultat kan batteriets termiska hanteringssystem säkert och permanent hantera termiska belastningar vid laddningshastigheter över 6°C. Kylprestandan hos tvåfas nedsänkningskylning kan också framgångsrikt hämma värmeutbredning i det termoplastiska kompositbatteriskalet, medan den införda tvåfas nedsänkningskylningen avleder värme till omgivningen upp till 30°C. Den termiska cykeln är reversibel, vilket möjliggör effektiv uppvärmning av batteriet i kalla omgivningsförhållanden. Implementeringen av flödeskokande värmeöverföring säkerställer konstant hög värmeöverföring utan ångbubbelkollaps och efterföljande kavitationsskador.
I Kautex direkta tvåfasiga nedsänkningskylningskoncept är vätskan i direkt kontakt med battericellerna inuti batterihöljet, vilket motsvarar en förångare i en köldmediecykel. Cellnedsänkning maximerar användningen av cellytan för värmeöverföring, medan konstant avdunstning av vätskan, dvs. fasförändring, säkerställer maximal temperaturjämnhet. Schemat visas i figur 2.
Fig. 2 Funktionsprincip för tvåfas nedsänkningskylning
Idén att integrera alla nödvändiga komponenter för vätskedistribution direkt i ett termoplastiskt, icke-ledande batterihölje lovar att vara en hållbar metod. När batterihöljet och batteribrickan är tillverkade av samma material kan de svetsas samman för strukturell stabilitet, samtidigt som behovet av inkapslingsmaterial elimineras och återvinningsprocessen förenklas.
Studier har visat att en tvåfasig nedsänkningskylningsmetod med SF33-kylvätska uppvisar överlägsna värmeavledningsegenskaper vid överföring av batterivärme. Detta system bibehöll batteritemperaturer i intervallet 34–35 °C under alla testförhållanden, vilket uppvisar utmärkt temperaturjämnhet. Kylvätskor som SF33 är kompatibla med de flesta metaller, plaster och elastomerer och skadar inte termoplastiska batterihöljesmaterial.
Fig. 3 Experiment med mätning av värmeöverföring i batteripaket [1]
Dessutom jämförde den experimentella studien olika kylstrategier såsom naturlig konvektion, forcerad konvektion och vätskekylning med SF33-kylvätska, och resultaten visade att det tvåfasiga immersionskylsystemet var mycket effektivt för att bibehålla battericelltemperaturen.
Sammantaget ger det tvåfasig nedsänkbara kylsystemet en effektiv och jämn batterikylningslösning för elfordon och andra applikationer som kräver energilagring, vilket bidrar till att förbättra batteriets hållbarhet och säkerhet.
Publiceringstid: 14 oktober 2024