Elektromobily se na cestách pomalu stávají běžnou záležitostí. Nevyžadují motorový olej, ale přesto potřebují moderní maziva a kapaliny. Baterie elektromobilů mají zároveň vyšší požadavky na regulaci teploty, což představuje výzvu pro inženýry.

Inženýři používají pokročilé počítačové simulace ke studiu konstrukcí a systémů, které jsou zodpovědné za řízení odvodu tepla. Kromě toho jsou jádrem vývoje chladicích kapalin pro elektromobily testy prováděné přímo ve společnosti ExxonMobil, jakož i v rámci spolupráce s výrobci baterií a automobilů.

Proč je ponorné chlazení baterie lepší?

Vysoké teploty mohou ovlivnit kapacitu a životnost lithium-iontové baterie elektromobilu. Nízké teploty mohou naopak snížit výkonnost baterie. Bez účinného řízení teploty vyžaduje baterie častější dobíjení, což snižuje dojezd elektromobilu. Takovou baterii je také třeba rychleji vyměnit.

Většina výrobců elektromobilů dnes používá nepřímý kapalinový chladicí systém, který využívá kombinaci vody s etylenglykolem. Tato kapalina protéká kovovou deskou a chladí baterii. Tato metoda je sice funkční, ale vzhledem k její nepřímé povaze není nejúčinnější. Účinnost chlazení je omezená, protože s kovovou deskou je v kontaktu pouze vnější část článků baterie, což nevede k optimálnímu řízení teploty.

Účinnější tepelné regulace baterie v elektromobilu lze dosáhnout metodami přímého chlazení. Jedním ze slibných řešení je imerzní neboli ponorné chlazení, při němž jsou články baterie zcela ponořeny do kapaliny, která je elektrickým izolantem a odvádí teplo. Při této metodě je celý povrch baterie v přímém kontaktu s chladicí kapalinou, což výrazně zlepšuje odvod tepla. To dává o hodně lepší výsledky oproti nepřímé metodě chlazení.

Testy chladicích kapalin

Inženýři společnosti ExxonMobil provedli dvoustupňový proces testování výkonnosti chladicích kapalin Mobil EV. Ten zahrnoval testy tepelné účinnosti a zátěžové testy baterií – každý z nich byl navržen tak, aby důsledně vyhodnotil výkonnost v extrémních podmínkách. Při testu tepelné účinnosti tým použil kompaktní experimentální modul sestávající z válcových bateriových článků.

„Naším cílem bylo zjistit více o schopnostech chladicích kapalin v náročných podmínkách. Mimo jiné jsme se zaměřili na scénáře vysokorychlostního nabíjení baterií, při kterém vzniká značné množství tepla,” vysvětluje Behrouz Engheta, Technology Solution Professional, EV / Driveline, ExxonMobil.

Byla porovnána účinnost chladicí kapaliny Mobil EV v ponorném chladicím systému s nepřímým chladicím systémem. Výsledky byly jednoznačné.

„Pozorovali jsme znatelný rozdíl v řízení teploty. Teplo vznikající při vysokorychlostním nabíjení baterie lze účinněji odvádět pomocí ponorného chlazení,“ komentuje odborník značky Mobil.

Tato fáze testování ukázala silné stránky ponorného chlazení z hlediska zlepšení celkového výkonu a bezpečnosti baterií elektromobilů v náročných podmínkách.

Bezpečnost je prioritou

Tým společnosti ExxonMobil rovněž provedl test, který prokázal účinek chladicích kapalin při prevenci nekontrolovaného šíření teploty mezi jednotlivými články. V kontrolovaném prostředí byl rekonstruován scénář, který by nastal při dopravní kolizi. Toto záměrné poškození článku vyvolalo jev známý jako tepelný únik. Ten má zásadní význam pro bezpečnost elektromobilů, protože teplota poškozeného článku rychle stoupá a může způsobit dominový efekt. Klíčem k zabránění požárů baterií v plném rozsahu je kontrola tepelného úniku. Výsledky zkoušky byly slibné.

„S kapalinami Mobil EV jsme prokázali schopnost výrazně omezit nekontrolovatelný únik tepla. Naproti tomu v konfiguraci bez ponoření docházelo u testovaných článků k nekontrolovanému tepelnému úniku,” zdůrazňuje Behrouz Engheta.