Auta elektryczne szybko stają się codziennością w branży motoryzacyjnej. Nie wymagają oleju silnikowego, ale nadal potrzebują nowoczesnych smarów i płynów. Jednocześnie akumulatory pojazdów elektrycznych charakteryzują się wyższymi wymaganiami dotyczącymi kontroli temperatury, co stwarza wyzwania dla inżynierów.

Inżynierowie wykorzystują zaawansowane symulacje wspomagane komputerowo do badania projektów i systemów odpowiedzialnych za zarządzenie odprowadzaniem ciepła. Ponadto, u podstaw rozwoju płynów termicznych do pojazdów elektrycznych znajdują się testy przeprowadzane samodzielnie przez firmę ExxonMobil, a także w ramach jej współpracy z producentami akumulatorów i branżą OEM.

Dlaczego chłodzenie zanurzeniowe baterii jest lepsze?

Wysokie temperatury mogą wpływać na pojemność i żywotność akumulatora litowo-jonowego pojazdu elektrycznego. Niskie temperatury mogą również obniżyć wydajność baterii. Bez skutecznego zarządzania temperaturą, akumulator wymaga częstszego ładowania, co ogranicza zasięg pojazdu elektrycznego. Taki akumulator należy także szybciej wymienić.

Obecnie większość producentów z branży pojazdów elektrycznych wykorzystuje pośredni układ chłodzenia cieczą, łącząc wodę z glikolem etylenowym. Ciecz ta przepływa przez metalową płytkę w celu schłodzenia akumulatora. Chociaż ta metoda jest funkcjonalna, to ze względu na jej pośredni charakter nie jest najbardziej wydajna. Skuteczność chłodzenia jest ograniczona, ponieważ tylko zewnętrzna część ogniw akumulatora styka się z metalową płytką, co prowadzi do nieoptymalnego zarządzania temperaturą.

Bardziej efektywną regulację termiczną akumulatora w aucie elektrycznym można osiągnąć za pomocą metod chłodzenia bezpośredniego. Jednym z obiecujących rozwiązań jest chłodzenie zanurzeniowe, inaczej immersyjne, w którym ogniwa akumulatora są całkowicie zanurzone w płynie, który jest izolatorem elektrycznym i przewodzi ciepło. W tej metodzie cała powierzchnia akumulatora ma bezpośredni kontakt z płynem chłodzącym, co znacznie poprawia odprowadzanie ciepła i zapewnia znaczną poprawę w porównaniu z metodą chłodzenia pośredniego.

Testy płynów termicznych

Inżynierowie ExxonMobil przeprowadzili dwutorowy proces testowania wydajności płynów termicznych Mobil EV. Obejmował on testy wydajności cieplnej i testy obciążające baterię – każdy przygotowany w celu rygorystycznej oceny wydajności w ekstremalnych warunkach. W teście efektywności cieplnej zespół wykorzystał kompaktowy moduł eksperymentalny składający się z cylindrycznych ogniw akumulatorowych.

 – Naszym celem było poznanie możliwości płynów termicznych w wymagających warunkach. Skupiliśmy się między innymi na scenariuszach ładowania baterii z dużą prędkością, generujących znaczne ilości ciepła – wyjaśnia Behrouz Engheta, Technology Solution Professional, EV / Driveline, ExxonMobil.

Porównano skuteczność płynu termicznego Mobil EV w systemie chłodzenia zanurzeniowego, z odniesieniem do układu chłodzenia pośredniego. Wyniki były jednoznaczne.

 – Zaobserwowaliśmy zauważalną różnicę w zarządzaniu temperaturą – komentuje ekspert marki Mobil. – Ciepło wytwarzane podczas ładowania akumulatora z dużą prędkością może być skuteczniej odprowadzane przy wykorzystaniu chłodzenia zanurzeniowego.

Ta faza testów uwypukliła mocne strony chłodzenia zanurzeniowego w kontekście poprawy ogólnej wydajności i bezpieczeństwa akumulatorów aut elektrycznych w wymagających warunkach.

Bezpieczeństwo to priorytet

Zespół ExxonMobil przeprowadził również test, wykazujący wpływ płynów termicznych na zapobieganie niekontrolowanemu rozprzestrzenianiu się temperatury między ogniwami. W kontrolowanym środowisku odtworzono scenariusz, który mógłby wystąpić podczas kolizji drogowej. To celowe uszkodzenie ogniwa wywołało zjawisko określane jako ucieczka termiczna. Ma ono kluczowe znaczenie dla bezpieczeństwa samochodów elektrycznych, ponieważ temperatura uszkodzonego ogniwa gwałtownie wzrasta, potencjalnie powodując efekt domina. Kluczem do zapobiegania pożarom akumulatora na pełną skalę jest kontrolowanie ucieczki termicznej. Wyniki próby były obiecujące.

– Dzięki płynom termicznym Mobil EV wykazaliśmy zdolność do znacznego ograniczenia rozprzestrzeniania się niekontrolowanej temperatury – podkreśla inżynier. – Natomiast w konfiguracji bez zanurzenia, testowane ogniwa równomiernie doświadczały niekontrolowanej ucieczki termicznej.