【Tecnologia-Cooperativa】 Sistema di raffreddamento ad immersione bifase per vassoi batteria termoplastici

I vassoi batteria in composito termoplastico stanno diventando una tecnologia chiave nel settore dei veicoli a nuova energia. Tali vassoi incorporano molti dei vantaggi dei materiali termoplastici, tra cui leggerezza, robustezza superiore, resistenza alla corrosione, flessibilità di progettazione ed eccellenti proprietà meccaniche. Queste proprietà sono fondamentali per garantire la durata e l'affidabilità dei vassoi batteria. Inoltre, il sistema di raffreddamento in un pacco batteria termoplastico svolge un ruolo fondamentale nel mantenere le prestazioni della batteria, prolungarne la durata e garantire un funzionamento sicuro. Un efficace sistema di gestione termica garantisce che la batteria venga mantenuta entro l'intervallo di temperatura desiderato in tutte le condizioni operative, aumentandone così l'efficienza e la sicurezza.

Come tecnologia abilitante per la ricarica rapida, Kautex dimostra l’implementazione del raffreddamento ad immersione a due fasi, in cui la cella di trazione viene utilizzata come evaporatore nel processo di raffreddamento. Il raffreddamento a immersione bifase raggiunge una velocità di trasferimento del calore estremamente elevata di 3400 W/m^2*K massimizzando al tempo stesso l'uniformità della temperatura all'interno del pacco batteria alla temperatura operativa ottimale della batteria. Di conseguenza, il sistema di gestione termica della batteria può gestire in modo sicuro e permanente i carichi termici a velocità di ricarica superiori a 6°C. Le prestazioni di raffreddamento del raffreddamento ad immersione bifase possono anche inibire con successo la propagazione del calore all'interno del guscio della batteria in composito termoplastico, mentre il raffreddamento ad immersione bifase introdotto dissipa il calore nell'ambiente fino a 30°C. Il ciclo termico è reversibile, consentendo un riscaldamento efficiente della batteria in condizioni ambientali fredde. L'implementazione del trasferimento di calore mediante ebollizione del flusso garantisce un trasferimento di calore elevato e costante senza collasso delle bolle di vapore e conseguenti danni da cavitazione.

Nel concetto di raffreddamento ad immersione bifase diretto di Kautex, il fluido è a diretto contatto con le celle della batteria all'interno dell'alloggiamento della batteria, il che equivale a un evaporatore in un ciclo refrigerante. L'immersione delle celle massimizza l'utilizzo della superficie cellulare per lo scambio termico, mentre l'evaporazione costante del fluido, cioè il cambio di fase, garantisce la massima uniformità di temperatura. Lo schema è mostrato nella Figura 2.

Fig. 2 Principio di funzionamento del raffreddamento ad immersione bifase

L’idea di integrare tutti i componenti necessari per la distribuzione del fluido direttamente nel guscio della batteria termoplastico e non conduttivo promette di essere un approccio sostenibile. Quando l'involucro della batteria e il vassoio della batteria sono realizzati con lo stesso materiale, possono essere saldati insieme per garantire stabilità strutturale, eliminando al tempo stesso la necessità di materiali di incapsulamento e semplificando il processo di riciclaggio.

Gli studi hanno dimostrato che un metodo di raffreddamento ad immersione bifase che utilizza il refrigerante SF33 dimostra capacità di dissipazione del calore superiori nel trasferire il calore della batteria. Questo sistema ha mantenuto la temperatura della batteria nell'intervallo 34-35°C in tutte le condizioni di test, dimostrando un'eccellente uniformità della temperatura. i refrigeranti come SF33 sono compatibili con la maggior parte dei metalli, della plastica e degli elastomeri e non danneggiano i materiali termoplastici della custodia della batteria.

Fig. 3 Esperimento di misurazione del trasferimento di calore del pacco batteria [1]

Inoltre, lo studio sperimentale ha confrontato diverse strategie di raffreddamento come convezione naturale, convezione forzata e raffreddamento a liquido con refrigerante SF33 e i risultati hanno mostrato che il sistema di raffreddamento a immersione a due fasi era molto efficace nel mantenere la temperatura delle celle della batteria.
Nel complesso, il sistema di raffreddamento ad immersione bifase fornisce una soluzione di raffreddamento della batteria efficiente e uniforme per veicoli elettrici e altre applicazioni che richiedono lo stoccaggio di energia, contribuendo a migliorare la durata e la sicurezza della batteria.