Wie gehen wir mit der Wärme um, wenn wir maßgeschneiderte Batteriepacks entwerfen?

Das Wärmemanagement ist ein wichtiger Teil der Aufrechterhaltung der Spitzenleistung einer Batterie in jedem Batteriepaket. Wenn wir Ihren Prototyp erstellen maßgeschneidertes Batterie-System beauftragen Es ist wichtig herauszufinden, wie wir die Temperatur der Batterie passiv oder aktiv steuern können. Unsere Ingenieure entscheiden, welche Maßnahmen sie ergreifen, um die Wärme in Ihrem maßgeschneiderten Batteriepaket effektiv zu verwalten. Dies hängt alles davon ab, wie und wo Ihr maßgeschneiderter Akku verwendet wird.

Warum haben großformatige Batterien Probleme mit dem Wärmemanagement?

Bevor wir einen großformatigen Akku entwickeln, müssen wir verstehen, warum es bei einem großen Akku zu Problemen beim Wärmemanagement kommen kann. Sobald wir verstehen, warum, können wir Lösungen entwickeln, um sie zu verhindern. In manchen Fällen ist die thermische Masse eines Akkus der Grund dafür, dass es zu Problemen beim Wärmemanagement kommt. Ein typischer Lithium-Ionen-Akku gibt zum Laden im Allgemeinen 0.2 °C bis 0.5 °C an. Bei dieser langsamen Laderate erzeugen die meisten Lithium-Ionen-Zellen keine große Wärme. Sobald ein Akku jedoch eine Laderate von 1 °C oder mehr benötigt, erhöht sich die thermische Masse des Akkus, was zu Schwierigkeiten beim Aufheizen oder Abkühlen führt. Sobald eine Batterie diese Laderaten erreicht, wird die erzeugte Wärme zu einem kritischen Teil des gesamten Prozesses.

Woher kommt diese Hitze?

Sobald wir verstanden haben, warum die Batterien Probleme mit dem Wärmemanagement haben, ist es wichtig zu verstehen, woher die eigentliche Wärme im Inneren des Akkus kommt. Li-Ionen-Zellen haben typischerweise einen Innenwiderstand (IR) im Bereich von 80 bis 100 mΩ und sind realistischerweise Wärmequellen, wenn der Lade- oder Entladestrom nahe am Maximum der Zelle liegt oder dieses überschreitet. Sowohl die Lade- als auch die Entladezyklen können und werden durch elektrochemische Reaktionen und IR erhebliche Wärme erzeugen. Grundsätzlich gesehen stoßen Lithium-Ionen, die sich beim Laden und Entladen von der Anode zur Kathode und umgekehrt bewegen, auf einen Widerstand in Form des Separators. Die chemische Reaktion beim Laden ist endotherm (absorbiert Wärme), die chemische Reaktion beim Entladen ist exotherm (erzeugt Wärme).

Warum verursacht die erzeugte Wärme ein Problem?

Die dadurch entstehende Wärme kann und bleibt häufig in den Zellen oder der Packung, was dazu führt, dass die Zellen schneller als gewöhnlich abbauen. Das Gleiche gilt für Entladungen oberhalb der in den Datenblättern angegebenen Werte. Eine effektive Wärmeregulierung während des Ladevorgangs trägt dazu bei, Zellschäden erheblich zu reduzieren. Der akzeptable Temperaturbereich für Lithium-Ionen-Batterien liegt normalerweise bei –20 °C bis 60 °C. Sowohl niedrige als auch hohe Temperaturen außerhalb dieses Bereichs führen zu Leistungseinbußen und irreversiblen Schäden wie Lithiumplattierung und thermischem Durchgehen. Alexander Battery Technologies kann durch ordnungsgemäßes Prototyping, Design und Engineering der Batterie ein effektives Wärmemanagement erreichen. Dies führt dann dazu, dass unsere Batterien im jeweiligen Anwendungsbereich sowohl sicher als auch zuverlässig sind.

Wie können wir die Hitze passiv reduzieren?

Nachdem wir zunächst die Spezifikationen Ihrer Batterie besprochen haben, wenden unsere Ingenieure die effektivste Methode zur Reduzierung der Hitze in Ihrem großen Batteriepaket an. Sie können aus einer Reihe von Methoden zur passiven Kühlung großformatiger Batterien wählen, diese sind jedoch in der Regel anwendungsspezifisch. Luftkühlung und Kühlkörper sind aufgrund ihres einfachen Betriebssystems eine gängige Methode, bei der ein ausreichender Luftstrom vorhanden ist. Methoden, die auf dem Wärmerohrprinzip basieren, können entweder auf Kältemittel oder auf Wasser basieren. Diese wirken sich sowohl auf die Prinzipien des Phasenwechsels als auch der Wärmeleitfähigkeit aus. Phasenwechselmaterialien können in Kombination mit wärmeabsorbierenden Füllstoffen auch ein wirksames passives BTMS (Batterie-Wärmemanagementsystem) sein. In der Realität reicht die Luftkühlung jedoch nicht aus, um die Wärme aus einer großformatigen Lithium-Ionen-Batterie abzuleiten.

Wie können wir Hitze aktiv reduzieren?

Auch hier gibt es für unsere Ingenieure zahlreiche Möglichkeiten, großformatige Batterien oder große Batteriepakete aktiv zu kühlen, von der Zwangsluftkühlung bis zur Elektrolyt-Tauchkühlung. Häufiger werden einzelne Kühlplattenkonstruktionen mit polar montierten Zellen sowohl für SESS-Anwendungen (Static Energy Storage Systems) als auch für EV-Anwendungen (Elektrofahrzeuge) verwendet. Doppelte Kühlplatten, bei denen Zellen zwischen den beiden angeordnet sind, sind seltener, stellen aber eine gute Alternative dar. Bei beiden handelt es sich um indirekte Flüssigkeitskühlsysteme, die zusätzliche Komponenten zur Zirkulation und Kühlung des Kühlmittels erfordern. Die gleiche Methode kann auch für Kältemittelgase verwendet werden, allerdings sind hier im Allgemeinen externe Komponenten erforderlich und die Systeme können mit externen Wärmetauschern, Pumpen und Fördersystemen sehr kompliziert werden. Direkte Flüssigkeitskühlsysteme, bei denen das Kühlmittel in direktem Kontakt mit der Zelle steht, verwenden im Allgemeinen Elektrolyte oder Öle zur Wärmeableitung. Diese Systeme sind ähnlich, wenn nicht sogar komplizierter als die indirekte Variante, schwer und sperrig.

Was sind die besten Methoden?

Luft ist bei weitem die einfachste Methode, indem man entweder Außenluft in die Batterie leitet oder sich auf einfache Konvektion verlässt und die Belastung der Batterie steuert. Die Temperatur der Umgebungsluft bleibt jedoch nicht konstant, und wenn die Lufttemperatur über die Batterietemperatur steigt, wird die Batterie effektiv erwärmt, sodass das Risiko einer Überhitzung insbesondere bei Anwendungen mit hoher Leistung steigt.

Flüssigkeitskühlung ist die gebräuchlichste Methode bei Elektrofahrzeugen. Sie ist jedoch komplizierter als Luftkühlung und erfordert mehr Komponenten und Steuerung. Es gibt auch die Überlegung, wie dann die Flüssigkeit entweder passiv oder aktiv gekühlt wird. Passiv hat man ähnliche Probleme wie Luftkühlung, aktiv wird das System noch komplizierter. In statischen ESS-Systemen ist auch die indirekte Flüssigkeitskühlung eine beliebte Option, wobei die Kühlung durch adiabatische Kaltwassersysteme erfolgen kann, bei denen es sich im Wesentlichen um freie Kühlung zur Temperaturregelung handelt.

Auch hier ist die Immersionskühlung, bei der die Flüssigkeit in direktem Kontakt mit den Zellen steht, eine wirksame Möglichkeit, großformatige Batterien zu kühlen. Einige würden sagen, dass es insgesamt die beste Methode ist, aber diese Methode hat ihre Nachteile: Erstens ist sie teuer, erhöht das Gewicht und hat einen Wärmekapazität Wenn wir beginnen, die Kühlflüssigkeit umzuwälzen und/oder aktiv zu kühlen, geraten wir in sehr teure und komplizierte Systeme.

Unser Engagement für unsere Kunden

Bei Alexander Battery Technologies bleiben unsere Ingenieure immer am Puls der Zeit, wenn es um neue Entwicklungen im Wärmemanagement von Hochleistungsbatteriesystemen geht. Wir arbeiten eng mit unseren Kunden zusammen, um die richtige Lösung für die Anwendung zu finden. Die Technologie schreitet rasant voran und es gibt neue Entwicklungen Durch die Kombination von Dünnschichtheizungen mit gedruckter Elektronik und Temperatur- und Drucksensoren können wir unseren Kunden die beste Lösung für ihre Anwendung bieten.

Zusammenfassung

Das Wärmemanagement ist von entscheidender Bedeutung, wenn es darum geht, die optimale Kapazität des Akkus über die erforderliche Dauer aufrechtzuerhalten. Unsere hochqualifizierten Ingenieure verfügen über eine Vielzahl aktiver und passiver Methoden, um die Wärme Ihrer Batterien unabhängig von der Umgebung oder dem Ladezustand unter Kontrolle zu halten. Aus diesem Grund haben sich viele Unternehmen dafür entschieden, ihre eigenen maßgeschneiderten Batteriepakete zu entwickeln. Wenn Sie mit uns Kontakt aufnehmen möchten, um Ihr eigenes, individuelles Batteriepaket zu entwickeln, wenden Sie sich bitte an uns kontaktieren Sie uns.