Solusi Immersive untuk Baterai EV Termal yang Lebih Aman
Pekerjaan penelitian dan pengembangan untuk memecahkan masalah kebisingan yang berlebihan yang diciptakan oleh pengisi daya cepat baterai EV telah menghasilkan kemajuan dalam manajemen termal, pembuangan panas, dan pengurangan risiko kebakaran. D2H Advanced Technologies, sebuah perusahaan teknik spesialis yang berbasis di Inggris, menemukan bahwa kebisingan terjadi selama siklus pengisian cepat kendaraan. Hal ini disebabkan oleh kebutuhan daya pemompaan yang tinggi untuk cairan pendingin, yang penting untuk menghilangkan panas baterai. Pelanggan OEM puas, D2H mengalihkan fokus penelitiannya langsung ke permintaan termal baterai lithium-ion produksi seri.
Dalam baterai EV, penumpukan panas dapat menyebabkan degradasi yang dipercepat atau bahkan pelarian termal. Masalah itu mungkin terjadi karena jangkauan yang lebih luas dan pengisian yang lebih cepat menjadi penting untuk meyakinkan masyarakat bahwa listrik, bukan gas atau solar, adalah sumber energi masa depan untuk transportasi pribadi. D2H — yang kliennya meliputi McLaren, Chevrolet Racing, dan Formula E — bekerja sama dengan Croda, sebuah perusahaan kimia khusus, untuk mengatasi tantangan ini.
Pekerjaan penelitian D2H pada masalah kebisingan EV dimulai pada tahun 2019 ketika pembuat mobil menghubungi perusahaan untuk menanyakan penyebab pasti masalah tersebut. Modul baterai 32 sel untuk pengujian fisik dibuat dan dikenai berbagai solusi pendinginan potensial termasuk teknik pelat dingin dan imersif. Hasil dikorelasikan melalui teknik dinamika fluida fisik dan komputasi (CFD).
Manfaat Ekstra Vital
Penggunaan cairan dielektrik Croda dalam sistem perendaman diidentifikasi sebagai jawabannya, yang membutuhkan daya pemompaan yang lebih rendah, terutama dalam situasi pengisian cepat. “Seluruh baterai direndam dalam pendingin non-konduktif elektrik,” jelas Chris Hebert, direktur teknik D2H. “Ini membawa manfaat yang signifikan melalui suhu sel puncak yang lebih rendah, memungkinkan tingkat C yang lebih tinggi [tingkat di mana baterai diisi/diisi ulang] dan penurunan gradien suhu di dalam setiap sel, yang mengarah ke masa pakai kemasan yang lebih lama.”
Namun hal itu menjadi tantangan karena meniadakan penggunaan air-glikol, dengan kapasitas panas spesifiknya yang tinggi. Cairan dielektrik dapat berjuang untuk mencapai setengahnya, Hebert menjelaskan, menghasilkan gradien suhu yang lebih besar di seluruh baterai dari saluran masuk ke saluran keluar. Namun, dengan perhatian yang cermat pada bagian dalam baterai dan jalur aliran cairan pendingin — dikombinasikan dengan Croda yang mengembangkan cairan dengan viskositas rendah dan kepadatan rendah — “kami telah dapat mengurangi hal ini sambil tetap mempertahankan daya pompa yang rendah,” kata Hebert.
D2H menemukan bahwa perpindahan panas melintasi paket jauh lebih efisien menggunakan metode imersif dengan cairan Croda. “Kami mengkonfirmasi bahwa itu berpotensi untuk meringankan tantangan manajemen termal,” kata Hebert. “Manfaat ekstra yang vital adalah titik nyala yang tinggi dari cairan dielektrik dengan viskositas rendah, yang mengarah pada kemungkinan pengurangan risiko kebakaran lebih lanjut.”
Penelitian D2H terhadap panas yang dihasilkan oleh siklus pengisian cepat menyangkut kinerja baterai dan umur panjang. Peran Croda dalam karya ini dianggap penting, memperkenalkan cairan imersif "baru". “Mengingat manfaat pendinginan imersi, pengembangan akan terus berlanjut,” kata Hebert. “Risiko kebakaran berkurang karena baterai bekerja lebih dingin. Perendaman itu mengurangi kemungkinan penyalaan. Dan panas adalah penyebab utama penuaan baterai dan penurunan performa.”
Jalur Dalam Paket
Sebuah laporan oleh para peneliti di University of California, Riverside yang dikutip oleh Hebert menemukan bahwa suhu tinggi dan ketahanan dari siklus seperti itu berpotensi merusak baterai, mengakibatkan keausan yang dipercepat dan dalam keadaan ekstrem, risiko kebakaran. Para peneliti menemukan bahwa setelah 40 kali pengisian cepat, baterai memiliki sekitar 60% dari kapasitas aslinya.
Secara umum dianggap bahwa untuk aplikasi otomotif, baterai lithium-ion memerlukan penggantian setelah kapasitas turun di bawah 80% — tingkat yang dicapai hanya setelah 25 siklus pengisian cepat. Laporan tersebut menyatakan bahwa pada titik ini, ada peningkatan risiko elektroda dan elektrolit terpapar ke udara, meningkatkan risiko kebakaran atau ledakan, terutama pada suhu 60 °C ke atas.
Terlepas dari kerangka waktu yang singkat, D2H tidak hanya mempertimbangkan kinerja pendinginan secara langsung. Kredibilitas untuk setiap EV bergantung pada pengemasan yang berhasil, serta kinerja dan waktu pengisian ulang. Hebert mencatat pendinginan imersif dapat memberikan manfaat lebih lanjut:“Desain perendaman tidak menggunakan pelat pendingin dan oleh karena itu lebih kompak, yang dapat menciptakan peluang untuk ruang yang lebih besar untuk didedikasikan ke sel yang sebenarnya.”
Sementara pencelupan di bagian depan tampak seperti pilihan yang lebih berat, penelitian D2H menunjukkan bahwa desain jalur yang cermat dalam kemasan baterai harus memungkinkan pengurangan ukuran galeri tanpa menghambat aliran, sehingga mengurangi volume dan berat cairan pendingin.
“Meningkatkan manajemen termal, terutama pembuangan panas selama siklus pengisian cepat, memiliki potensi untuk memungkinkan kepadatan daya, jangkauan, dan masa pakai yang lebih besar dalam iterasi di masa mendatang — di samping pengurangan risiko kebakaran,” tegas Hebert. “Penelitian lanjutan di bidang ini diperlukan dan pekerjaan eksperimental kami bersama Croda sedang berlangsung.”
Artikel ini ditulis oleh Stuart Birch, Editor Eropa, SAE Teknik Otomotif. Untuk informasi lebih lanjut tentang D2H, kunjungi di sini .
