Immersive Batteriekühlung im Vorteil
Batterie-Wärmemanagement bei Elektrofahrzeugen
Die immersive Batteriekühlung ist ein Schlüssel für schnelles Laden, hohe Sicherheit sowie eine lange Batterielebensdauer. Daneben trägt der Einsatz leichter Organoblech-Materialien im Batteriegehäuse zur CO2-Emissionsreduzierung bei. Mit seiner neuen Smart Battery zeigt Valeo, wie das funktioniert.
Die Batterie ist eine zentrale Komponente für die Leistung und den Komfort von Elektrofahrzeugen: Von ihrer Qualität hängt nicht nur die Reichweite ab, sondern auch die Ladezeiten und der Innenraumkomfort. Batterien von Elektrofahrzeugen funktionieren sicher bei Temperaturen zwischen 10 und 45 °C und optimal im Bereich zwischen 25 und 35 °C. Grundsätzlich ist es wichtig, durch intelligentes Thermomanagement dafür zu sorgen, dass die Batterietemperatur den sicheren Bereich nicht verlässt und so oft wie möglich im optimalen Bereich bleibt.
Ist die Temperatur der Batterie deutlich niedriger, verliert sie an Kapazität, und die Ladezeit verlängert sich. Wenn die Temperatur darüber ist, besteht die Gefahr einer Überhitzung. Zu beachten ist zudem – zum Beispiel im Hinblick auf die oft gewünschten kürzeren Ladezeiten –, dass höhere Laderaten, wie insbesondere das 4C-Laden, die Wärmeproduktion im Vergleich zum üblichen 2C-Laden vervierfachen. Herkömmliche Kühlmethoden stoßen dabei oft an ihre Grenzen, während neue immersive Kühllösungen für EV-Batterien deutlich mehr Effizienz versprechen.
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Immersive Batteriekühlung statt klassischer Aluminiumkühler
Typischerweise werden EV-Batterien durch Aluminiumkühler gekühlt, die um die Batterie herum angeordnet sind – als Kühlplatten unten und/oder oben bei prismatischen Zellen, als wellenförmige Kühler bei zylindrischen Zellen und als vertikale Kühler bei Pouchzellen. Bei der immersiven Kühlung umströmt ein Kühlmittel die Batteriezellen direkt, um die Wärme abzuleiten, was die Effizienz der Kühlung deutlich erhöht.
Man unterscheidet zwischen einer aktiven Flüssigkeitszirkulation, die beispielsweise durch eine hydraulische Pumpe erfolgt, und einer passiven Kühlung, die eine Flüssigkeitszirkulation beispielsweise durch eine hydraulische Architektur ermöglicht. Valeo entwickelt und validiert derzeit eine solche Kühllösung für Pkw-Traktionsbatterien unter Verwendung eines dielektrischen Fluids von Total Energies. Ziel ist es, das Aufladen zu beschleunigen, die Sicherheit bei Überhitzung zu gewährleisten sowie den Energie- und Platzverbrauch der Kühllösung gering zu halten.
Die immersive Batteriekühlung von Valeo
Die intelligente immersive Batteriekühllösung von Valeo umfasst ein dielektrisches thermohydraulisches Modul, eine Hochleistungspumpe, einen dielektrischen Kühler und nutzt ein dielektrisches Fluid von Total Energies. Eine optimierte und patentierte interne Hydraulikarchitektur ermöglicht eine einzigartige passive Flüssigkeitszirkulation. Hierbei verringert die dielektrische Flüssigkeit zusammen mit der thermohydraulischen Architektur das Flüssigkeitsvolumen und erhöht gleichzeitig die Effizienz der Wärmeübertragung zwischen Batteriezellen und Flüssigkeit.
Dadurch wird der Leistungsbedarf der Hydraulikpumpe deutlich reduziert und gleichzeitig die Gefahr eines thermischen Durchgehens verringert – auch wenn die Pumpe nicht in Betrieb ist. Darüber hinaus verwendet Valeo Organoblech, ein Faser-/Matrix-Halbzeug, um ein leichtes, modulares Strukturgehäuse herzustellen, das robusten Schutz gegen Unfälle und Feuer gewährleistet. Es reduziert mit 50 Prozent weniger CO2-äquivalenten Emissionen im Vergleich zu Aluminium den CO2-Fußabdruck erheblich.
Auf jeden Fall schnelles Laden
Die experimentelle Validierung der immersiven Kühllösung von Valeo ergab folgende vorläufige Ergebnisse: Während die getestete Batterie zuvor 18 Minuten brauchte, um von 10 auf 80 Prozent des Ladezustands zu gelangen, schaffte sie dies mit der neuen immersiven Kühllösung in weniger als 12 Minuten. Diese Verkürzung der Ladezeit um rund 30 Prozent ist auf die um 36 Prozent verbesserte Kühlleistung der immersiven Lösung zurückzuführen, was bei gleicher hydraulischer Leistung der Pumpe erreicht wird. Die verbesserte Leistung bei gleicher hydrau- lischer Leistung wird erreicht durch ein spezielles Design des dielektrischen Kühlers mit geringem Druckabfall sowie der Innenarchitektur des Immersivmoduls und der damit verbundenen Strömungsverteilung mit angepassten Rohrleitungen und Anschlüssen.
Thermisches Durchgehen unter Kontrolle
Die immersive Kühllösung von Valeo erwies sich auch bei Tests zum thermischen Durchgehen als effektiv und sicher. Messungen während einer Batterieüberladung ergaben, dass die maximale Temperatur der überladenen Zelle zwar auf 220 °C anstieg, die Nachbarzelle jedoch auf einer sicheren Temperatur von 110 °C blieb, ohne dass eine Ausbreitung des thermischen Durchgehens beobachtet wurde. Während dieses Tests war die Hydraulikpumpe nicht in Betrieb, was die Wirksamkeit und Effizienz der passiven Flüssigkeitszirkulation selbst während des thermischen Durchgehens einer Batteriezelle demonstriert.
Meilenstein für effiziente E-Mobilität
Experimentelle und numerische Validierung bestätigten die Leistung der immersiven Kühllösung von Valeo: Sie zeigte eine 30-prozentige Steigerung der Schnellladung und eine wirksame Kontrolle des thermischen Durchgehens. Die innovative Lösung reduziert CO2-Emissionen um 40 Prozent im Vergleich zu herkömmlichen Kühlplattensystemen mit identischer Batteriezellentechnologie. Sie verbessert die Effizienz der Batteriekühlung und gewährleistet optimale Leistung und Haltbarkeit unter verschiedenen Betriebsbedingungen – ein erheblicher Fortschritt im Batterie-Wärmemanagement für Elektrofahrzeuge.
Die Autorin
Pascale Herman
ist Product Marketing Director in der Power Division bei Valeo in Paris.
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