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. Dlatego zespół ExxonMobil poświęcił dużo uwagi modelowaniu zarządzania ciepłem w bateriach pojazdów elektrycznych. To podejście wykorzystuje 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.

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.

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 Mobil EV 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 – „Podczas korzystania z naszych płynów termicznych, temperatura utrzymywała niższe wartości. Ciepło wytwarzane podczas ładowania akumulatora z dużą prędkością może być skuteczniej odprowadzane przy wykorzystaniu chłodzenia zanurzeniowego”.

Ta faza testów nie tylko wykazała wysoką wydajność płynu termicznego Mobil EV, ale także uwypukliła mocne strony chłodzenia zanurzeniowego w kontekście poprawy ogólnej wydajności i bezpieczeństwa akumulatorów aut elektrycznych w wymagających warunkach.

Zespół ExxonMobil przeprowadził również test wykazujący wpływ płynów termicznych Mobil EV na zapobieganie niekontrolowanemu rozprzestrzenianiu się temperatury między ogniwami. W kontrolowanym środowisku odtworzono scenariusz, który mógłby wystąpić podczas kolizji drogowej.

„Przeprowadziliśmy fascynujący eksperyment” – mówi Behrouz Engheta – „Celowo przebiliśmy ogniwo akumulatora za pomocą gwoździa, aby zasymulować rodzaj uszkodzeń, które mogą wystąpić podczas wypadku”.

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.

„Gdy temperatura uszkodzonych ogniw gwałtownie rośnie, może wywołać reakcję łańcuchową, szybko przekazując ciepło do sąsiednich ogniw” – dodaje.

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, co podkreśla skuteczność technologii Mobil EV w scenariuszach wysokiego ryzyka.

Inne badanie, przeprowadzone przez XING Mobility i ExxonMobil, obejmowało testy z wykorzystaniem produkcyjnych modułów akumulatorów do pojazdów elektrycznych. XING Mobility produkuje ogniwa akumulatorowe chłodzone zanurzeniowo. ExxonMobil, dostrzegając synergię, wybrał XING Mobility jako partnera dalszych badań. Współpraca zaowocowała testami, podczas których firma XING Mobility potwierdziła skuteczność działania płynów termicznych. Eksperyment polegał na wbiciu gwoździa w ogniwo akumulatora, a następnie monitorowaniu wpływu termicznego na sąsiednie ogniwa. Test ten miał na celu ocenę zdolności płynu do utrzymywania niskich temperatur i, co ważne, sprawdzenie, czy zapobiegnie on niekontrolowanemu rozprzestrzenianiu się ciepła do sąsiednich ogniw.

Płyny Mobil EV nie tylko kontrolowały poziom temperatury akumulatora, ale także skutecznie zapobiegały konsekwencjom ucieczki termicznej na pozostałe ogniwa. ExxonMobil, jak i XING Mobility były zadowolone z osiągniętych wyników, które można określić jako postęp w zakresie bezpieczeństwa i wydajności akumulatorów.

Inżynierowie ExxonMobil również bardzo pozytywnie podchodzą do prac badawczych obejmujących modelowanie zarządzania temperaturą. W tym celu wykorzystują symulacje wspomagane komputerowo do sprawdzenia tego, jaki potencjał mają poszczególne rozwiązania i systemy w zakresie kontrolowania temperatury. Pomóc ma to w znacznie szybszym rozwijaniu nowych technologii i nowych płynów Mobil, ponieważ inżynierowie Mobil zamiast testów laboratoryjnych czy produkcyjnych będą mogli korzystać z symulacji wspomaganej komputerowo do generowania wyników.

„Jesteśmy bardzo podekscytowani przyszłością, technologią i rolą, jaką nasze płyny Mobil EV mogą odegrać w sektorze pojazdów elektrycznych” – podsumowuje Behrouz Engheta.

Źródło: ExxonMobil