Inovasi Manajemen Termal Canggih Mengurangi Kebisingan dan Risiko Kebakaran Pengisian Daya EV

Penelitian dan pengembangan untuk menyelesaikan masalah kebisingan berlebih yang disebabkan oleh pengisi daya cepat baterai EV telah mengarah pada kemajuan dalam manajemen termal, dissipasi panas, dan risiko kebakaran yang berkurang. D2H Advanced Technologies, perusahaan insinyur khusus berbasis Inggris, menemukan bahwa kebisingan terjadi selama siklus charge cepat kendaraan. Ini disebabkan oleh kebutuhan daya pompa yang tinggi untuk cuka, yang penting untuk dissipasi panas baterai. Pelanggan OEM puas, D2H mengubah fokus penelitian langsung ke kebutuhan termal dari baterai lithium-ion seri produksi.

Dalam baterai EV, penumpukan panas dapat mengakibatkan degradasi yang dipercepat atau bahkan thermal runaway. Masalah ini dapat terjadi seiring dengan jarak tempuh yang lebih besar dan charge yang lebih cepat menjadi esensial untuk meyakinkan publik bahwa listrik, bukan gas atau diesel, adalah sumber energi masa depan untuk transportasi pribadi. D2H — yang kliennya termasuk McLaren, Chevrolet Racing, dan Formula E — bekerja sama dengan Croda, perusahaan kimia khusus, untuk mengatasi tantangan ini.

Penelitian D2H tentang masalah kebisingan EV dimulai pada 2019 saat seorang pembuat mobil menghubungi perusahaan untuk meminta penyebab pasti atas masalah tersebut. Modul baterai 32 sel untuk pengujian fisik dibangun dan diterapkan pada berbagai solusi pendingin yang potensial termasuk teknik immersive dan cold-plate. Hasil dikorelasikan melalui teknik fisik dan komputasi fluida dinamis (CFD).

Manfaat Ekstra yang Penting

Penggunaan fluida dielektrik Croda dalam sistem immersive diidentifikasi sebagai jawaban, yang memerlukan daya pompa yang berkurang, terutama dalam situasi charge cepat. "Seluruh baterai direndam dalam cuka yang tidak konduktif listrik," jelaskan Chris Hebert, direktur insinyur D2H. "Ini membawa manfaat besar melalui suhu sel puncak yang lebih rendah, memungkinkan C-rate yang lebih tinggi [laju baterai diisi/diisi ulang] dan gradien suhu yang berkurang dalam setiap sel, yang mengarah pada umur paket yang lebih lama."

Namun ini menimbulkan tantangan karena ini melarang penggunaan air-glikol, dengan kapasitas panas spesifik yang tinggi. Fluida dielektrik dapat kesulitan mencapai setengahnya, jelaskan Hebert, yang mengarah pada gradien suhu yang lebih besar di seluruh baterai dari inlet ke outlet. Namun, dengan perhatian yang hati-hati terhadap internal baterai dan jalur aliran cuka — digabungkan dengan Croda mengembangkan fluida viskositas rendah dan densitas rendah — "kami telah dapat mengatasi ini sambil tetap mempertahankan daya pompa rendah," kata Hebert.

D2H menemukan bahwa transfer panas di seluruh paket jauh lebih efisien menggunakan metode immersive dengan fluida Croda. "Kami memastikan bahwa ini memiliki potensi untuk meredakan tantangan manajemen termal," kata Hebert. "Manfaat ekstra yang penting adalah titik nyala tinggi dari fluida dielektrik viskositas rendah, yang mengarah pada kemungkinan pengurangan risiko kebakaran lebih lanjut."

Penelitian D2H tentang panas yang dihasilkan oleh siklus charge cepat berkaitan dengan kinerja dan umur baterai. Peran Croda dalam pekerjaan ini dianggap esensial, memperkenalkan fluida immersive yang "baru". "Menguntungkan manfaat pendingin immersive, pengembangan akan berlanjut," kata Hebert. "Risiko kebakaran berkurang saat baterai berjalan lebih dingin. Pendingin immersive mengurangi kemungkinan pembakaran. Dan panas adalah penyebab utama penuaan baterai dan penurunan kinerja."

Jalur dalam Paket

Laporan oleh peneliti di University of California, Riverside yang dikutip oleh Hebert menemukan bahwa suhu tinggi dan resistansi dari siklus semacam itu potensial merusak baterai, mengakibatkan aus yang dipercepat dan dalam keadaan ekstrem, risiko kebakaran. Peneliti menemukan bahwa setelah 40 charge cepat, baterai memiliki sekitar 60% kapasitas aslinya.

Secara umum dianggap bahwa untuk aplikasi otomotif, baterai lithium-ion memerlukan penggantian setelah kapasitas menurun di bawah 80% — tingkat yang tercapai setelah hanya 25 siklus charge cepat. Laporan menyatakan bahwa pada titik ini, ada risiko yang meningkat bahwa elektroda dan elektrolit terpapar udara, meningkatkan risiko kebakaran atau ledakan, terutama pada suhu 60 °C dan di atasnya.

Meski waktu yang singkat, D2H tidak hanya mempertimbangkan kinerja pendingin langsung. Kredibilitas setiap EV bergantung pada kemasan yang sukses sama seperti kinerja dan waktu pengisian daya. Hebert mencatat bahwa pendingin immersive mungkin memiliki manfaat lebih lanjut: "Desain immersive menghilangkan pendingin dan oleh karena itu lebih kompak, yang dapat menciptakan peluang untuk ruang yang lebih besar untuk sel sebenarnya."

Sementara immersive tampak seperti opsi yang lebih berat, penelitian D2H menunjukkan bahwa desain yang hati-hati dari jalur dalam paket baterai harus memungkinkan ukuran galeri yang berkurang tanpa menghambat aliran, mengarah pada volume dan bobot cuka yang berkurang.

"Meningkatkan manajemen termal, terutama dissipasi panas selama siklus charge cepat, memiliki potensi untuk memungkinkan densitas daya, jarak tempuh, dan umur yang lebih besar dalam iterasi masa depan — sambil mengurangi risiko kebakaran," asserted Hebert. "Penelitian yang diperluas di bidang ini diperlukan dan pekerjaan eksperimental kami bersama Croda sedang berlanjut."

Artikel ini ditulis oleh Stuart Birch, Editor Eropa, SAE Automotive Engineering. Untuk informasi lebih lanjut tentang D2H, kunjungi di sini .