Das Lithium-Batteriepaketmodul besteht hauptsächlich aus Batterien und frei kombinierbaren Kühl- und Wärmeabfuhrkomponenten. Beide Komponenten ergänzen sich. Die Batterie versorgt das Elektrofahrzeug mit Energie, und die Kühleinheit führt die von der Batterie im Betrieb erzeugte Wärme ab. Unterschiedliche Wärmeabfuhrmethoden erfordern unterschiedliche Wärmeabfuhrmedien.
Bei zu hohen Temperaturen im Bereich der Batterie nutzen diese Materialien die wärmeleitende Silikondichtung als Übertragungsweg, gelangen reibungslos in das Kühlrohr und nehmen die Wärme anschließend durch direkten oder indirekten Kontakt mit der einzelnen Batteriezelle auf. Der Hauptvorteil dieser Methode liegt in der großen Kontaktfläche zu den Batteriezellen, die eine gleichmäßige Wärmeabfuhr ermöglicht.
Die Luftkühlung ist ebenfalls eine gängige Methode zur Kühlung der Batterie.PTC-LufterhitzerWie der Name schon sagt, nutzt diese Methode Luft als Kühlmedium. Entwickler von Elektrofahrzeugen installieren Lüfter neben den Batteriemodulen. Um den Luftstrom zu erhöhen, werden zusätzlich Lüftungsschlitze neben den Batteriemodulen angebracht. Durch die Luftkonvektion kann die Lithiumbatterie eines Elektrofahrzeugs die Wärme schnell abführen und eine stabile Temperatur halten. Der Vorteil dieser Methode liegt in ihrer Flexibilität: Sie kann die Wärme sowohl durch natürliche Konvektion als auch durch forcierte Wärmeabfuhr abführen. Bei zu hoher Batteriekapazität ist die Luftkühlung jedoch weniger effektiv.
Die kastenförmige Belüftungskühlung stellt eine Weiterentwicklung der Luftkühlung und Wärmeabfuhr dar. Sie ermöglicht nicht nur die Kontrolle der maximalen, sondern auch der minimalen Temperatur des Akkus und gewährleistet so weitgehend dessen einwandfreien Betrieb. Allerdings führt diese Methode zu einer ungleichmäßigen Temperaturverteilung im Akku und damit zu einer ungleichmäßigen Wärmeabfuhr. Die kastenförmige Belüftungskühlung erhöht die Luftgeschwindigkeit am Lufteinlass, gleicht die maximale Temperatur des Akkus aus und reduziert große Temperaturunterschiede. Aufgrund des geringen Spalts am Lufteinlass des oberen Akkus ist der erzeugte Gasstrom jedoch unzureichend für die Wärmeabfuhr, und die Gesamtströmungsrate ist zu gering. Dadurch kann die am oberen Teil des Akkus am Lufteinlass angesammelte Wärme nur schwer abgeführt werden. Selbst wenn der obere Spalt später vergrößert wird, überschreitet der Temperaturunterschied zwischen den Akkus weiterhin den voreingestellten Bereich.
Die Kühlung mittels Phasenwechselmaterial weist den höchsten technologischen Anspruch auf, da das Phasenwechselmaterial entsprechend der Temperaturänderung der Batterie große Wärmemengen absorbieren kann. Der große Vorteil dieser Methode liegt im geringeren Energieverbrauch und der präzisen Temperaturregelung der Batterie. Im Vergleich zur Flüssigkeitskühlung ist das Phasenwechselmaterial nicht korrosiv, wodurch die Belastung der Batterie durch das Kühlmedium reduziert wird. Allerdings können nicht alle Straßenbahnen mit alternativen Antrieben Phasenwechselmaterialien als Kühlmedium nutzen, da deren Herstellungskosten hoch sind.
Im Hinblick auf die Anwendung kann die Kühlrippenkonvektion die maximale Temperatur und die maximale Temperaturdifferenz des Akkus im Bereich von 45 °C bis 5 °C regeln. Erreicht die Windgeschwindigkeit um den Akku jedoch einen voreingestellten Wert, ist der Kühleffekt der Kühlrippen durch den Wind nicht mehr stark genug, sodass sich die Temperaturdifferenz des Akkus kaum noch ändert.
Die Wärmerohrkühlung ist eine neu entwickelte Methode zur Wärmeabfuhr, die noch nicht offiziell eingesetzt wird. Bei dieser Methode wird das Kühlmedium in das Wärmerohr eingeführt. Steigt die Temperatur der Batterie, wird die Wärme über das Medium im Rohr abgeführt.
Es zeigt sich, dass die meisten Methoden zur Wärmeabfuhr gewisse Einschränkungen aufweisen. Um die Wärmeabfuhr von Lithiumbatterien zu optimieren, müssen Forscher die Wärmeabfuhrvorrichtungen gezielt und situationsgerecht einsetzen, um die Wärmeabfuhr zu maximieren und so den einwandfreien Betrieb der Lithiumbatterie zu gewährleisten.
✦Die Lösung für das Versagen des Kühlsystems von Elektrofahrzeugen
Zunächst einmal sind Lebensdauer und Leistung von Elektrofahrzeugen direkt proportional zur Lebensdauer und Leistung von Lithiumbatterien. Forscher können die Wärmeableitung anhand der Eigenschaften von Lithiumbatterien optimieren. Da sich die Wärmeableitungssysteme verschiedener Marken und Modelle von Elektrofahrzeugen stark unterscheiden, müssen Forscher bei der Optimierung des Wärmemanagementsystems eine geeignete Wärmeableitungsmethode entsprechend den Leistungseigenschaften auswählen, um die Effektivität der Wärmeableitung in Elektrofahrzeugen zu maximieren. Zum Beispiel bei der Verwendung einer Flüssigkeitskühlung (PTC-KühlmittelvorwärmerForscher können Ethylenglykol als Hauptmedium zur Wärmeabfuhr nutzen. Um jedoch die Nachteile der Flüssigkeitskühlung und anderer Wärmeabfuhrmethoden zu beheben und ein Auslaufen und Verunreinigen der Batterie durch Ethylenglykol zu verhindern, müssen sie korrosionsbeständige Hüllmaterialien als Schutzmaterial für Lithiumbatterien verwenden. Darüber hinaus ist eine sorgfältige Abdichtung unerlässlich, um das Risiko eines Ethylenglykol-Austritts zu minimieren.
Zweitens steigt die Reichweite von Elektrofahrzeugen, die Kapazität und Leistung von Lithiumbatterien haben sich deutlich verbessert, wodurch immer mehr Wärme entsteht. Bei Beibehaltung herkömmlicher Kühlmethoden sinkt die Kühlleistung erheblich. Daher müssen Forscher mit der Zeit gehen, ständig neue Technologien entwickeln und neue Materialien auswählen, um die Kühlleistung zu verbessern. Darüber hinaus können verschiedene Kühlmethoden kombiniert werden, um die Vorteile des Kühlsystems zu erweitern und die Temperatur um die Lithiumbatterie in einem geeigneten Bereich zu halten. Dies ermöglicht eine unbegrenzte Energieversorgung der Elektrofahrzeuge. Beispielsweise können Luftkühlung und Flüssigkeitskühlung kombiniert werden. So gleichen die einzelnen Methoden ihre jeweiligen Schwächen aus und verbessern die Kühlleistung von Elektrofahrzeugen effektiv.
Schließlich muss der Fahrer die tägliche Wartung von Elektrofahrzeugen sorgfältig durchführen. Vor Fahrtantritt ist es notwendig, den Betriebszustand des Fahrzeugs und mögliche Sicherheitsmängel zu überprüfen. Diese Überprüfungsmethode trägt dazu bei, das Risiko von Verkehrsunfällen zu verringern und die Fahrsicherheit zu gewährleisten. Nach längerer Fahrt sollte der Fahrer das Fahrzeug regelmäßig einer Inspektion unterziehen, um potenzielle Probleme im elektrischen Antriebssystem und im Kühlsystem frühzeitig zu erkennen und so Unfälle zu vermeiden. Darüber hinaus sollte der Fahrer vor dem Kauf eines Elektrofahrzeugs die Struktur des Lithium-Ionen-Antriebssystems und des Kühlsystems genau recherchieren und ein Fahrzeug mit einem effizienten Kühlsystem wählen. Solche Fahrzeuge zeichnen sich durch eine lange Lebensdauer und überlegene Fahrleistung aus. Gleichzeitig sollten Fahrer über grundlegende Wartungskenntnisse verfügen, um bei plötzlichen Systemausfällen rechtzeitig reagieren und Verluste minimieren zu können.
Veröffentlichungsdatum: 25. Juni 2023
