6 Min. Lesen 
14/03/2023 Das Wärmemanagement ist ein wichtiger Teil der Aufrechterhaltung der Spitzenleistung einer Batterie in jedem Batterie-Pack. Wenn wir Ihren Prototyp eines maßgeschneiderten Batterie-Systems erstellen, ist es 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 ein großformatiges Akkupack entwickeln, müssen wir verstehen, warum ein großes Akkupack Probleme mit dem Wärmemanagement haben kann. Sobald wir die Gründe dafür verstanden haben, können wir Lösungen entwickeln, um diese Probleme zu vermeiden. In einigen Fällen ist die thermische Masse eines Akkupacks der Grund für die Probleme mit dem Wärmemanagement. Ein typisches Lithium-Ionen-Akku gibt im Allgemeinen 0.2 C – 0.5 C zum Laden an. Bei dieser langsamen Laderate erzeugen die meisten Lithium-Ionen-Zellen nicht viel Wärme. Sobald eine Batterie jedoch eine Laderate von 1 C oder mehr benötigt, erhöht sich die thermische Masse des Packs, 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 entstehende Wärme kann und wird oft in den Zellen oder im Akkupack verbleiben, was dazu führt, dass die Zellen schneller als üblich degradieren. Dasselbe gilt für Entladungen über den in den Datenblättern angegebenen Raten. Ein effektives Management der Wärme während des Ladevorgangs trägt dazu bei, Zellschäden erheblich zu reduzieren. Der akzeptable Temperaturbereich für Lithium-Ionen-Batterien beträgt normalerweise −20 °C ~ 60 °C. Sowohl niedrige als auch hohe Temperaturen außerhalb dieses Bereichs führen zu Leistungseinbußen und irreversiblen Schäden wie Lithium-Plating und thermischem Durchgehen. Alexander Battery Technologies kann durch geeignetes Prototyping ein effektives Wärmemanagement erreichen. Design und Engineering der Batterie. Dies führt dazu, dass unsere Batterien bei Verwendung in ihrer angegebenen Anwendung sowohl sicher als auch zuverlässig sind.
Wie können wir die Hitze passiv reduzieren?
Nach einer ersten Besprechung der Spezifikationen Ihrer Batterie wenden unsere Ingenieure die effektivste Methode zur Reduzierung der Wärme in Ihrem großen Akku-Pack. Sie können aus einer Reihe von Methoden wählen, um großformatige Batterien passiv zu kühlen, 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 Kühlmittel oder Wasser basieren und wirken sowohl nach den Prinzipien des Phasenwechsels als auch der Wärmeleitfähigkeit. Phasenwechselmaterialien in Kombination mit wärmeabsorbierenden Füllstoffen können ebenfalls ein wirksames passives BTMS (Batterie-Wärmemanagementsystem) sein. In der Praxis reicht Luftkühlung jedoch nicht aus, um Wärme aus einer großformatigen Lithium-Ionen-Batterie zu entfernen.
Wie können wir Hitze aktiv reduzieren?
Auch hier gibt es für unsere Ingenieure zahlreiche Möglichkeiten, Großbatterien oder große Batteriepacks aktiv zu kühlen, von der Zwangsluftkühlung bis zur Elektrolyt-Immersionskühlung. Häufiger werden Einzelkühlplattendesigns mit polar montierten Zellen sowohl für SESS (Static Energy Storage Systems) als auch für EV-Anwendungen (Elektrofahrzeuge). Doppelte Kühlplatten, bei denen die Zellen zwischen den beiden eingeklemmt sind, sind weniger üblich, aber eine gute Alternative. Beide sind indirekte Flüssigkeitskühlsysteme und erfordern zusätzliche Komponenten, um das Kühlmittel zirkulieren und dadurch kühlen zu lassen. Dieselbe Methode kann mit Kühlgasen verwendet werden, aber auch hier sind im Allgemeinen externe Komponenten erforderlich und Systeme können mit externen Wärmetauschern, Pumpen und Zufuhrsystemen sehr kompliziert werden. Direkte Flüssigkeitskühlsysteme, bei denen das Kühlmittel in direktem Kontakt mit der Zelle steht, verwenden im Allgemeinen Elektrolyt oder Öle, um Wärme abzuleiten. 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.
Die Flüssigkeitskühlung ist die gängigste Methode in Akkupacks für die Elektromobilität, dies ist jedoch komplizierter als die Luftkühlung und erfordert mehr Komponenten und Steuerung. Außerdem muss man sich überlegen, wie die Flüssigkeit dann passiv oder aktiv gekühlt wird. Bei der passiven Kühlung stehen Sie vor ähnlichen Problemen wie bei der Luftkühlung, bei der aktiven Kühlung wird das System noch komplizierter. In statischen ESS-Systemen ist auch die indirekte Flüssigkeitskühlung eine beliebte Option, wobei die Kühlung durch adiabatische Kaltwassersysteme bereitgestellt werden kann, die im Wesentlichen freie Kühlung zur Temperaturregelung bieten.
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.
Fazit
Das Wärmemanagement ist entscheidend, wenn es darum geht, den Akkupack für die erforderliche Dauer mit optimaler Leistung zu halten. Unsere hochqualifizierten Ingenieure verfügen über eine Vielzahl aktiver und passiver Methoden, um die Wärme Ihrer Batterien unabhängig von Umgebung und Ladezustand unter Kontrolle zu halten. Aus diesem Grund haben sich viele Unternehmen entschieden, ihre eigenen zu entwickeln maßgeschneiderte kundenspezifische AkkupacksWenn Sie mit uns Kontakt aufnehmen möchten, um Ihren eigenen, maßgeschneiderten Akkupack zu entwickeln, Sprechen Sie mit unseren Batterieexperten.
