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Die Zukunft der Lithiumbatterie –

Mini-Kühlung im mobilen Ladesystem von kommerziellen Elektrofahrzeugen und Flotten

Heiz- und Kühltechnologie für Lithium-Ionen-Batterien von Elektrofahrzeugen: Ansätze zur Luft-/Flüssigkeits-/Kältemittelkühlung

25. Mai 2022

* Miniaturkühlsysteme sichern Leistung und Langlebigkeit in E-Fahrzeugen – RIGID HVAC

Überblick über die Kühltechnologie für Lithium-Ionen-Batterien von Elektrofahrzeugen

Hintergrund:   Die Leistung des Lithium-Akkus wirkt sich direkt auf die Effizienz des Akkus aus und wirkt sich auch auf die Akkulaufzeit und die Nutzungssicherheit aus. Um die beste Leistung und Lebensdauer des Akkupacks zu erzielen, ist es notwendig, die Struktur des Akkupacks zu optimieren, die Wärmeableitungsmöglichkeiten zu erhöhen und die Temperaturumgebung des Batteriebetriebs zu kontrollieren.

Bei Li-Ionen-Akkus ist die Temperatur ein wichtiger Faktor. Sie erbringen ihre beste Leistung bei Temperaturen zwischen 20 und 30 °C und erreichen in diesem Temperaturbereich auch ihre maximale elektrische Leistung und Haltbarkeit.

Die Leistung wird durch zu hohe oder zu niedrige Temperaturen beeinträchtigt. Wenn die Temperatur über 30 °C steigt, erhöht sich die Oxidationsrate der Zelle, was zu einer schnelleren Verschlechterung der Batterie und einem Rückgang von Leistung und Kapazität führt. Der Betrieb bei über 40°C kann sogar zu bleibenden Schäden führen.

Die Kühlleistung des Power-Akkus wirkt sich direkt auf dessen Effizienz aus und wirkt sich auch auf die Lebensdauer und Nutzungssicherheit des Akkus aus. Da die Batterie selbst beim Laden und Entladen eine gewisse Wärme erzeugt, die zu einem Temperaturanstieg führt, wirkt sich der Temperaturanstieg auf viele charakteristische Parameter der Batterie aus, wie z. B. Innenwiderstand, Spannung, SOC, verfügbare Kapazität, Lade- und Entladeeffizienz und Batterie Leben. Daher ist das Wärmemanagement für die Leistung der Batterie von entscheidender Bedeutung.

 

 

Aktive Luftkühlung

Derzeit bieten Mikrokühlsysteme von RIGID Technology die folgenden Kühlansätze für in- und ausländische Batteriepakete von Elektrofahrzeugen: Luftkühlung , Flüssigkeitskühlung und Kaltplatten-Direktkühlung (auch als Kältemittelkühlung bezeichnet). Derzeit ist die Luftkühlungsmethode immer noch die Hauptmethode. Denn Luftkühlung ist einfach zu konfigurieren und einfacher zu erreichen.

RIGID Micro DC Aircon ist das kleinste tragbare Klimatisierungsmodul der Welt, das häufig für die Batterieluftkühlung von Elektrofahrzeugen eingesetzt wird.

Die Micro DC Aircon entzieht der Luft Wärme, die durch das System zirkuliert, um die Wärmequelle zu kühlen. Sie werden insbesondere bei kritischen Anwendungen eingesetzt, bei denen Platz und Gewicht wichtig sind. Es wird häufig für die Kühlung kompakter und beengter Räume eingesetzt.

Die DC-Klimaanlagen eignen sich ideal zum Kühlen großer Wärmelasten, bei denen nur minimale Änderungen am System erforderlich sind. Die Mini-Kompressor-Klimaanlage bietet eine hervorragende Kühllösung, bei der Größe/Platz/Effizienz wichtige Faktoren sind.

 

* RIGID Micro DC Aircon bietet aktive und sichere Luftkühlung für die Kühlung von Lithium-Ionen-Batterien.

 

 

Merkmale der Micro-DC-Klimaanlage:

Kompakt, einfach zu installieren. Miniaturkompressor, Mikrokanalkondensator, Minikühler sowie Lüfter und Gebläse sind alle in einem zusammengebaut, kein technischer Aufwand mehr.

  • Geringes Gewicht → Extrem tragbar
  • Niederspannung → nachweislich geringes Risiko (12 V / 24 V / 48 V)
  • Geräuscharm → Geeignet für Büro, Krankenhaus, Zuhause
  • Geringer Platzbedarf → Einfache Integration in kleine Räume
  • Hohe Kapazität → Vergleichbar mit Systemen mit der fünffachen Größe
  • Hocheffizient → Geringer Stromverbrauch, weniger Wärmeabgabe
  • Hohe Zuverlässigkeit → Weniger Wartung, weniger Serviceeinsätze
  • Variable Geschwindigkeit → Genaue Temperaturstabilität verfügbar

 

Luftkühlende Batterie-Wärmemanagementsysteme für Elektrofahrzeuge und Elektrofahrzeugflotten

 

 

 

Flüssigkeitskühlung

Obwohl der Luftkühlungsansatz im Batterie-Wärmemanagement von Elektrofahrzeugen weit verbreitet ist, ist die Luftkühlungsfunktion möglicherweise nicht für tropische Gebiete wie den Nahen Osten und saudi-arabische Länder geeignet. Vor allem in Indien herrschen vielfältige und manchmal ungewöhnlich heiße Wetterbedingungen, die zwischen -5 Grad Celsius und 50 Grad Celsius liegen.

Es ist bekannt, dass die Betriebstemperatur von Li-Ionen-Batterien eine entscheidende Rolle für die Funktionalität und insbesondere die Lebensdauer von Hochleistungsbatterien spielt. Die Einhaltung eines konstanten Temperaturprofils ist für die Sicherstellung der langfristigen Leistung von Elektrofahrzeugbatterien und stationären Energiespeichermodulen von entscheidender Bedeutung. Unter Berücksichtigung dieser Umstände hat RIGID kompakte flüssigkeitsgekühlte Module für Batteriepakete von Elektrofahrzeugen oder tragbare Batterien von Elektroflotten entwickelt.

* Der RIGID-Platten-Flüssigkeitskühler bietet eine effektive Kühlleistung beim Batterie-Wärmemanagement.

In einer Batterie eines Elektrofahrzeugs erzeugt der Strom, also das Laden und Entladen, Wärme in der Batterie und ihrem Verbindungssystem. Je höher der Strom, desto mehr Wärme wird erzeugt. Daher ist die Einhaltung eines konstanten Temperaturprofils von entscheidender Bedeutung, um die langfristige Leistung von Elektrofahrzeugbatterien und stationären Energiespeichermodulen sicherzustellen.

Auch wenn Flüssigkeitskühlung zur Abkühlung der Batterietemperatur wirksam ist, gibt es bei der Verwendung von Flüssigkeitskühlung in Elektrofahrzeugen eine Herausforderung. In einem Batteriepacksystem für Elektrofahrzeuge steht nur begrenzter realer Platz zur Verfügung, und die Integration eines flüssigkeitsgekühlten Batteriepacks ist eine Herausforderung, da auch zusätzliche Komponenten wie Pumpe, Behälter und Kühlmittel eingebaut werden müssen.

Hersteller von Elektrofahrzeugen installieren häufig Flüssigkeitskühlsysteme, um die konstante Betriebstemperatur von Lithiumbatterien im optimalen Bereich zu halten.

Die Vorteile des RIGID-Flüssigkeitskühlsystems sind geringe Größe, geringes Gewicht, niedrige Spannung sowie eine sichere und einfache Installation. Das kompakte Flüssigkeitskühlsystem erzeugt einen konstanten Kühlmittelstrom mit niedriger Temperatur, der eine relativ große Wärmemenge gleichmäßig abführt. Diese Art von System ist eng an die Batterie angepasst und verfügt über Kanäle rund um die Batterie, durch die das Kühlmittel aus dem Kühlsystem zirkulieren kann.

Im Vergleich zur Luftkühlung ist nur wenig bis gar keine Hilfsenergie erforderlich; Da das Kühlmittel gleichzeitig mehr Wärme aufnimmt als Luft, ist die Flüssigkeitskühlung effektiver, was den Prozess äußerst energieeffizient macht.

Gleichzeitig kann jede Batterie mit einem Sensor ausgestattet werden, der die Spannung, Kapazität und Temperatur in der Zelle misst und so das Batteriemanagementsystem überwacht. Dieses Batteriemanagementsystem kommuniziert mit dem Kühlsystem und passt sich dann den jeweiligen Anforderungen an.

 

 

Kaltplatten-Direktkühlung

Das Batteriekühlsystem der RIGID DC Condensing Unit besteht aus einem Minikompressor, einem Kondensator und einer Kapillare. Es handelt sich um die kleinste Direktkühleinheit der Welt. Seine Außengröße beträgt nur 7,5 x 6,3 x 5,4 Zoll. Die DC-Kondensationseinheit ist ein Subsystem ohne Verdampfer. Kunden müssen es an ihren eigenen Verdampfer oder ihre eigene Kühlplatte anschließen und dann Kältemittel einfüllen. Dann durchdringt der Verdampfer das Batteriepaket und leitet einen Kältemittelstrom, um die Wärme aus den Batteriezellen abzuleiten.

 

Die Batteriezelle mancher Motorenhersteller hat etwa die Größe eines Kinderbuchs. Zwischen den Zellen befindet sich eine Kühlplatte aus Aluminium. Dann gibt es einen einzelnen Kühlmittelpfad, der durch die Kühlplatte verläuft, um Wärme aus der Batteriezelle abzuleiten. Jede Batteriezelle ist in einem Kunststoffrahmen untergebracht. Die Rahmen mit Kühlmittelplatten werden dann in Längsrichtung gestapelt, um das Gesamtpaket zu ergeben.

Da die Kühlkapazität und Dichte von Flüssigkeiten viel höher ist als die von Luft, ist die benötigte Kühlmittelmenge viel geringer als bei der Luftkühlung. Als Kühlmittel wird eine flüssige Kältemittelkühlung gewählt, da es sich um eine nicht leitende Flüssigkeit handelt und in der Batterieindustrie eingesetzt wird. Laut Labortest zeigt die Direktkühlung eine sehr gute Leistung bei hoher Wärmeentwicklung.

 

Bei der Entwicklung von Wärmemanagementlösungen ist es für Konstrukteure unerlässlich, die Kühlsysteme und die von den Zellen im Batteriepack erzeugte Wärmemenge zu verstehen. Darüber hinaus müssen Ingenieure verschiedene Kompromisse und Faktoren wie Herstellungskosten, Verpackung, Energieeffizienz, Zuverlässigkeit der Wärmeableitungskomponenten und ein modulares Batteriepaket abwägen.

 

In den letzten 12 Jahren hat sich Rigid Technology für ein Höchstmaß an Leistung, Qualität, Sicherheit und Innovation bewährt. Alle starren Standard-Kühlsysteme ( 1.   Flüssigkeitskühlersystem ;   2.   DC-Kondensatoreinheit ;   3.   Micro DC Aircon ) werden unter vollständiger Kontrolle jedes Schritts entwickelt und hergestellt, um sicherzustellen, dass die kompromisslosen Standards von Rigid für ultimative Leistung, unübertroffene Zuverlässigkeit und höchste Haltbarkeit erfüllt werden. Neben Standard-Kühlmodulen fertigt Rigid auch maßgeschneiderte Kühleinheiten nach Kundenwunsch.

Das Taschenformat und die Tragbarkeit des RIGID-Produkts sowie der sehr wettbewerbsfähige Preis machen es uns unersetzlich. RIGID Technology ist bekannt für sein einzigartiges Design und seine High-Tech-Präzisionsfertigung. Das Ergebnis sind Produkte, die alle anderen heute auf dem Markt erhältlichen Marken übertreffen und überdauern.