Phasenwechselmaterialien für Lithium

Li-Ionen-Batterien erfreuen sich in den letzten Jahren immer größerer Beliebtheit in Elektrofahrzeugen, ihre Leistung wird jedoch stark von der Temperatur beeinflusst. Extreme Hitze oder Kälte können zu erheblichen Kapazitätsverlusten führen und ein Sicherheitsrisiko darstellen. Li-Ionen-Batterien mit hoher Energiedichte erzeugen eine erhebliche Menge Wärme. Es ist von entscheidender Bedeutung, diese effektiv abzuleiten, um die Stabilität, Langlebigkeit und Fahrzeugsicherheit der Batterie zu gewährleisten. Die Implementierung eines Batterie-Wärmemanagementsystems (BTMS) spielt eine entscheidende Rolle bei der Erreichung dieser Ziele. Das Hauptziel eines BTMS besteht darin, die Temperatur der Batteriezellen zu regulieren und so die Gesamtlebensdauer des Batteriesystems zu verlängern.

In diesem Artikel von Srinivas Burla, Projektmanager (Batterie und Antriebsstrang) bei PURE EV, werden die Arten von Batterie-Wärmemanagementsystemen und die Vorteile der Verwendung von Phasenwechselmaterialien für die Batteriekühlung erörtert.

In einem BTMS kommen verschiedene Techniken zum Einsatz, darunter die Verwendung von erweiterten Oberflächen, Tauchkühlung, Kühlplatten, thermoelektrischen Kühlern, Phasenwechselmaterialien sowie Silikonpads und Vergussmaterialien.BTMS kann in zwei Haupttypen eingeteilt werden:

Aktive Methoden: Diese Methoden sind auf externe Stromquellen angewiesen, um ihren Betrieb zu erleichtern. Sie verfügen über eingebaute Mechanismen zum Heizen und/oder Kühlen.

Passive Methoden: Passive BTMS benötigen für ihren Betrieb keine externe Stromversorgung. Es nutzt die Umgebung, um die Wärme abzuleiten. Da sie keine externe Stromquelle benötigen, sind sie die gefragtesten Methoden im Bereich der Entwicklung eines Wärmemanagementsystems. Diese Methoden haben außerdem den Vorteil, dass sie kompakt, weniger komplex, sicher, kosteneffizient und mit verlängerten Lebenszyklen ausgestattet sind.

PCMs oder Phasenwechselmaterialien könnten eine große Wärmemenge ohne übermäßige Temperaturänderungen während des Fest-Flüssig-Phasenwechsels absorbieren.Passive Wärmemanagementsysteme können die Batterietemperatur innerhalb der Phasenwechseltemperatur gleichmäßig regeln, auch ohne zusätzlichen Energieverbrauch.Bei der Verwendung von Phasenwechselmaterialien in einem Batteriepack sind folgende Parameter zu berücksichtigen:

Wärmeleitfähigkeit:Eine hohe Wärmeleitfähigkeit ermöglicht eine bessere Wärmeableitung und -verteilung und erleichtert so die Wärmeübertragung von den Batteriezellen weg.

Schmelztemperatur: Der Schmelztemperaturbereich richtet sich nach dem gewünschten Betriebstemperaturbereich des Akkupacks. Es nimmt Wärme von der Batterie auf, wenn diese ihre Schmelztemperatur überschreitet, und gibt Wärme ab, wenn sie erstarrt.

Latente Wärme: Die hohe latente Fusionswärme ist die Energiemenge, die während des Phasenwechselprozesses absorbiert oder freigesetzt wird. Durch die hohe latente Wärme kann das PCM mehr Wärmeenergie absorbieren oder abgeben und so die Temperatur des Batteriepakets effektiv steuern.

Zyklusstabilität: Das PCM sollte über mehrere Heiz- und Kühlzyklen hinweg stabil sein, um eine langfristige Zuverlässigkeit zu gewährleisten. Es sollte in der Lage sein, wiederholte Phasenübergänge ohne wesentliche Verschlechterung oder Veränderung seiner thermischen Eigenschaften zu durchlaufen.

Kompatibilität: Das PCM sollte mit den Komponenten und Materialien des Akkupacks chemisch kompatibel sein, um unerwünschte Reaktionen oder Leistungsprobleme zu vermeiden. Es darf keine Korrosion oder Verschlechterung der Batteriezellen oder anderer Komponenten verursachen.

Dichte:Eine höhere Dichte speichert mehr Wärme in einem bestimmten Volumen, was bei Anwendungen mit begrenztem Platz von Vorteil ist.

Phasenwechselmaterialien können in verschiedene Klassen eingeteilt werden, darunter Paraffinwachse, die häufig für das Wärmemanagement in der Elektronik verwendet werden. Diese Wachse verfügen über mehrere vorteilhafte Eigenschaften, wie z. B. eine hohe Schmelzwärme im Verhältnis zu ihrem Gewicht, eine große Auswahl an Schmelzpunkten, zuverlässige Zyklenfähigkeit, Korrosionsfreiheit und chemische Inertheit. Sie sind mit den meisten Metallen kompatibel und daher eine geeignete Wahl. Ein weiteres bemerkenswertes Merkmal ist ihre Fähigkeit, eine beträchtliche Menge latenter Wärme zu speichern, und sie sind über ein breites Temperaturspektrum verfügbar.

Zu den PCM-Typen gehören Paraffinwachse, nichtparaffine organische Stoffe, hydratisierte Salze und Metalle.

Quelle: https://www.1-act.com/products/pcm-heat-sinks/pcmselection/

PURE EV verwendet fortschrittliche Verpackungsmaterialien, die von entscheidender Bedeutung sind, um Szenarien des thermischen Durchgehens von Lithium-Ionen-Batterien zu vermeiden, die zu katastrophalen Ereignissen führen könnten.

Über den Autor:

Srinivas Spott

Firmenname: PURE EV

Bezeichnung: Projektleiter (Batterie und Antriebsstrang)

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