Wanneer elektrische auto’s snel worden geladen ( “supercharged”) of in gevallen van extreem vermogen, warmt de aandrijfbatterij aanzienlijk op. De resulterende temperaturen kunnen de mogelijkheden van gewone vloeistofkoelsystemen te boven gaan. Dit wordt tegengegaan door innovatieve koelstrategieën. Hierbij zijn de batterijcellen direct in een speciaal ontwikkeld koelmedium ingebed. De warmte wordt daardoor effectief afgevoerd. In een uitgebreide studie heeft Freudenberg Sealing Technologies onderzocht hoe typische polymeermaterialen die in afdichtingen en andere componenten worden gebruikt, zich gedragen in dit soort koelvloeistoffen.
Steeds meer elektrische auto’s kunnen bij snellaadstations hun auto opladen. Met een laadcapaciteit van enkele honderden kilowatts kan zo’n station een accu bijvoorbeeld binnen een half uur tot 80 procent aanvullen. De hoeveelheid energie die in de batterij stroomt, is twee of drie keer zo groot als wanneer de richting wordt omgekeerd en energie wordt vrijgegeven, zelfs bij high performance condities – bijvoorbeeld wanneer een elektrische sportwagen over de Daytona International Speedway rijdt.
Warme batterij
De batterij warmt tijdens het snelladen aanzienlijk op. Dit kan negatieve gevolgen hebben voor onder meer zijn stroomverbruik en levensduur als het koelsysteem niet op peil is. Conventionele vloeistofkoelsystemen die hele batterijcelsystemen van buitenaf koelen, lopen tegen hun grenzen aan. Daarom richten autofabrikanten hun ontwikkeling steeds meer op een innovatief vloeistofkoelsysteem dat de cellen en hun elektrische beveiligingen in het koelmedium insluit (batterij-immersiekoeling): Het medium stroomt direct rond de afzonderlijke cellen en voert de vrijgekomen warmte effectief af.
Polymeermaterialen
De koelmedia die in dit soort systemen worden gebruikt, hebben andere chemische eigenschappen dan die in andere tot nu toe gangbare media. Hun directe celcontact vereist bijvoorbeeld elektrische isolatie. Voertuigfabrikanten onderzoeken verschillende gedeeltelijk innovatieve klassen van koelmedia met sterk verschillende chemische eigenschappen.
Uitgebreide studie
Als essentiële onderdelen van dergelijke koelsystemen moeten afdichtingselementen chemische eigenschappen hebben die geschikt zijn voor de koelmedia. Dit geldt ook voor onderdelen zoals sluitingen, celafstandhouders en mediaopslagunits. Om deze reden, en om een brede database te verkrijgen voor specifieke vragen van klanten, hebben de experts van de afdeling Material Predevelopment bij Freudenberg Sealing Technologies een uitgebreide studie uitgevoerd om de geschiktheid van polymeermaterialen te analyseren voor media die worden gebruikt in dompelkoelsystemen.
Vloeistoffen
De voor het bedrijf relevante materialen werden blootgesteld aan verschillende vloeistoffen. De tests omvatten bijvoorbeeld isoparaffinische oliën en oliën op basis van esters, die worden gespecificeerd en veel gebruikt voor directe batterijkoeling. Naast de meest conventionele vloeistoffen onderzochten de materiaaldeskundigen ook de types waaraan momenteel wordt gewerkt door de ontwikkelingsafdelingen van vloeistoffabrikanten.
Koeltechnologie
“Afhankelijk van het medium waren de bevindingen zeker verrassend. Het gedrag van sommige nieuwe soorten vloeistoffen verschilt aanzienlijk van dat van klassieke vloeistoffen. Toch konden we geschikte materialen identificeren”, zegt materiaalontwikkelaar Dr. Tobias Möller. “Onze belangrijkste vragen waren: Wat voor soort zwelling veroorzaken de vloeistoffen in de polymeermaterialen? En omgekeerd, beïnvloeden de materialen de vloeistoffen? De testomstandigheden waren uitdagend.”
Gestandaardiseerde testmonsters
Gestandaardiseerde testmonsters bestaande uit de polymeermaterialen werden gedurende een bepaalde periode ondergedompeld in de vloeistoffen. Om rekening te houden met langetermijneffecten en de onderdompeling te versnellen, was de temperatuur veel hoger dan gebruikelijk en gewenst is voor batterijsystemen. De deskundigen bepaalden vervolgens de fysische hoofdeigenschappen van de testmonsters die cruciaal zijn voor de volledige functionaliteit van een afdichting gedurende de gehele levensduur, zoals volume, gewicht, herstelgedrag, breukrek en hardheid.
Dynamiek van koeltechnologie
“De studie heeft veel duidelijkheid verschaft. We hebben nu een uitgebreid overzicht van hoe de geteste polymeermaterialen zich gedragen in typische koelcircuits. Dit is een uitstekende basis voor de ontwikkeling van toekomstige serieafdichtingen en afstandselementen,” concludeert Dr. Boris Traber, manager van de afdeling Materials Predevelopment van het bedrijf. “Nu weten we ook meer details over de vloeistoffen. In het algemeen kan Freudenberg Sealing Technologies onderbouwde antwoorden geven op specifieke vragen van klanten en zoals gewoonlijk ook betrouwbare producten leveren voor deze nieuwe koeltechnologie.” Hij merkt op dat de dynamiek in de automobielmarkt al lange tijd voelbaar is: Het bedrijf wordt steeds vaker gecontacteerd over dompelkoeling voor batterijsystemen.
Ook interessant: Nieuwe toepassingsgebieden bij de productie van batterijen en brandstofcellen