Für die Wärmeübertragung mit Flüssigkeit als Medium ist es notwendig, eine Wärmeübertragungsverbindung zwischen dem Modul und dem flüssigen Medium herzustellen, beispielsweise durch einen Wassermantel, um indirekte Erwärmung und Kühlung in Form von Konvektion und Wärmeleitung zu ermöglichen. Als Wärmeübertragungsmedium können Wasser, Ethylenglykol oder auch Kältemittel verwendet werden. Es gibt auch eine direkte Wärmeübertragung durch Eintauchen des Polstücks in die Flüssigkeit des Dielektrikums, jedoch müssen Isolationsmaßnahmen getroffen werden, um einen Kurzschluss zu vermeiden.PTC-Kühlmittelvorwärmer)
Die passive Flüssigkeitskühlung nutzt im Allgemeinen den Wärmeaustausch mit der Umgebungsluft und führt anschließend Kühlkörper in die Batterie ein, um einen sekundären Wärmeaustausch zu erzielen. Die aktive Kühlung hingegen verwendet Wärmetauscher zwischen Motorkühlmittel und Kühlflüssigkeit oder elektrische Heizung/Thermoölheizung zur primären Kühlung. Heizung und primäre Kühlung erfolgen mit der Fahrgastraumluft/Klimaanlage als Kältemittel.
Bei Wärmemanagementsystemen, die Luft und Flüssigkeit als Medium nutzen, ist die Struktur aufgrund des Bedarfs an Ventilatoren, Wasserpumpen, Wärmetauschern, Heizungen, Rohrleitungen und anderem Zubehör zu groß und komplex; außerdem wird Batterieenergie verbraucht, was die Batterieleistung und Energiedichte verringert.PTC-Lufterhitzer)
Das wassergekühlte Batteriekühlsystem nutzt ein Kühlmittel (50 % Wasser/50 % Ethylenglykol), um die Wärme der Batterie über den Batteriekühler an das Kältemittelsystem der Klimaanlage und anschließend über den Kondensator an die Umgebung abzuführen. Die Temperatur des einströmenden Wassers wird durch die Batterie gesenkt. Nach dem Wärmeaustausch kann die Batterie leicht eine niedrigere Temperatur erreichen, sodass sie im optimalen Betriebstemperaturbereich arbeitet. Das Systemprinzip ist in der Abbildung dargestellt. Zu den Hauptkomponenten des Kältemittelsystems gehören: Kondensator, elektrischer Kompressor, Verdampfer, Expansionsventil mit Absperrventil, Batteriekühler (mit Expansionsventil und Absperrventil) und Klimaanlagenleitungen. Der Kühlwasserkreislauf umfasst:elektrische Wasserpumpe, Batterie (einschließlich Kühlplatten), Batteriekühler, Wasserleitungen, Ausdehnungsgefäße und weiteres Zubehör.
In den letzten Jahren sind im In- und Ausland Batteriekühlungssysteme mit Phasenwechselmaterialien (PCM) auf den Markt gekommen, die vielversprechende Perspektiven bieten. Das Prinzip der PCM-basierten Batteriekühlung beruht darauf, dass bei der Entladung der Batterie mit hohem Strom die von der Batterie abgegebene Wärme absorbiert wird und dabei selbst einen Phasenwechsel durchläuft. Dadurch sinkt die Batterietemperatur rapide.
Dabei speichert das System Wärme im Phasenwechselmaterial (PCM) in Form von Phasenübergangswärme. Beim Laden der Batterie, insbesondere bei Kälte (d. h. wenn die Umgebungstemperatur deutlich unter der Phasenübergangstemperatur PCT liegt), gibt das PCM Wärme an die Umgebung ab.
Der Einsatz von Phasenwechselmaterialien in Batteriethermomanagementsystemen bietet den Vorteil, dass keine beweglichen Teile benötigt werden und keine zusätzliche Energie aus der Batterie verbraucht wird. Phasenwechselmaterialien mit hoher Phasenwechsel-Latentwärme und Wärmeleitfähigkeit können im Thermomanagementsystem des Akkupacks die beim Laden und Entladen freigesetzte Wärme effektiv absorbieren, den Temperaturanstieg der Batterie reduzieren und einen Betrieb bei normaler Temperatur gewährleisten. Dadurch bleibt die Batterieleistung vor und nach Hochstromzyklen stabil. Die Zugabe von Substanzen mit hoher Wärmeleitfähigkeit zu Paraffin zur Herstellung von Komposit-Phasenwechselmaterialien trägt zur Verbesserung der Gesamtleistung des Materials bei.
Im Vergleich zu den oben genannten drei Arten von Wärmemanagementverfahren bietet die Wärmespeicherung mittels Phasenwechsel einzigartige Vorteile und verdient weitere Forschung, industrielle Entwicklung und Anwendung.
Darüber hinaus sollten die beiden Bereiche Batteriedesign und Entwicklung des Wärmemanagementsystems strategisch miteinander verknüpft und synchron weiterentwickelt werden, damit die Batterie besser an die Anwendung und Entwicklung des Gesamtfahrzeugs angepasst werden kann. Dies spart Kosten für das Gesamtfahrzeug, reduziert Anwendungsaufwand und Entwicklungskosten und schafft eine Plattformanwendung, wodurch der Entwicklungszyklus von Fahrzeugen mit alternativen Antrieben verkürzt und die Markteinführung verschiedener Modelle beschleunigt wird.
Veröffentlichungsdatum: 27. April 2023
