Komposit Inovatif Turunkan Suhu Dasbor EV, Meningkatkan Efisiensi

Komposit polimer baru mungkin memiliki banyak fungsi dan penggunaan akhir di EV masa depan. SUMBER: https://xeric.eu/wp-content/uploads/4_Steiner.pdf

Elektromobilitas semakin mendapat momentum di Jerman. Seperti yang dilaporkan oleh Fraunhofer Institute for Structural Durability and System Reliability (Fraunhofer LBF, Darmstadt, Jerman) pada Juli, jumlah mobil listrik (EV) hampir melipat ganda pada 2017 menjadi 93.000. "Untuk meningkat lebih banyak penjualan mobil listrik, tidak cukup hanya mengoptimalkan performa, seperti jarak tempuh, tetapi juga meningkatkan kenyamanan penumpang. Di antaranya termasuk manajemen termal yang rasional dan berorientasi pelanggan di interior kendaraan,” kata Paul Becker, yang memimpin proyek riset Optimised Energy Management and Use (OPTEMUS) di Fraunhofer LBF.

Sub-tujuan OPTEMUS adalah untuk mengembangkan material baru untuk dasbor EV untuk menyebarkan panas yang disebabkan oleh radiasi matahari dari permukaan dasbor. Fraunhofer LBF menyelesaikan ini dengan mengembangkan material komposit polyethylene (PE) terisi grafit yang diintegrasikan dengan sistem pendingin EV. Tim telah mencapai pengurangan suhu 46% dan mengurangi energi yang diperlukan untuk mengoperasikan sistem pendingin udara, yang pada gilirannya menguntungkan jarak tempuh kendaraan.

OPTEMUS

Proyek OPTEMUS didanai EU yang didukung oleh tim besar perusahaan, bertujuan untuk mengatasi salah satu hambatan terbesar untuk adopsi luas mobil listrik (EV): keterbatasan jarak tempuh karena kapasitas penyimpanan baterai listrik yang terbatas. Dimulai pada Juni 2015 dan akan selesai bulan Februari mendatang, OPTEMUS bertujuan untuk mengembangkan sejumlah teknologi inti inovatif dan teknologi komplementer yang digabungkan dengan kontrol cerdas.

Demonstrator adalah mobil listrik segmen A (Fiat 500e). Prototip kehidupan nyata ini digabungkan dengan prototip virtual dari teknologi yang tercantum di bawah ini akan menunjukkan tujuan berikut:

• Pengurangan minimal 32% konsumsi energi untuk pendingin komponen dan 60% untuk kenyamanan penumpang
• Pengurangan energi tambahan 15% tersedia untuk traksi,
• Pengurangan energi memungkinkan peningkatan jarak tempuh dalam kondisi cuaca ekstrem > 44 km (38%) dalam suhu lingkungan panas dan 63 km (70%) dalam suhu lingkungan dingin.

Komposit sebagai Material Perubahan Fase

Material Perubahan Fase (PCM) telah dikembangkan selama lebih dari satu dekade untuk digunakan dalam bangunan, elektronik dan kini mobil. PCM adalah material yang meleleh dan mengeras pada suhu tertentu dengan kemampuan untuk menyimpan atau melepaskan sejumlah besar energi selama perubahan fase ini. Perhatikan bahwa PCM gas-padah dan gas-cair juga telah diteliti. PCM dapat menjadi senyawa organik atau anorganik, tetapi biasanya termasuk filler konduktif, di mana grafit masuk. PCM lain menggunakan carbon nanotubes (CNTs).

Komposit sedang dikembangkan sebagai Material Perubahan Fase (PCM) menggunakan grafit, grafen dan carbon nanotubes multi-dinding (MWCNTs). SUMBER: steemkr.com/science (kiri) dan International Journal of Heat and Mass Transfer, Volume 120, Mei 2018, Halaman 33-41 di ScienceDirect.com (kanan).

Peneliti Fraunhofer LBF telah bereksperimen dengan berbagai material pembawa dan filler seperti boron nitride dan grafit. Mereka akhirnya menemukan substrat yang terbuat dari polyethylene, polimer yang sudah umum digunakan dalam interior otomotif, dan grafit sebagai filler. Grafit reportedly memberikan komposit konduktivitas termal yang sangat baik dan dissipasi panas yang cepat serta penyimpanan energi yang luar biasa.

Prinsip kerja komposit PCM grafit/PE diselesaikan dalam bagian "Smart Cover Panel" OPTEMUS. Untuk mendemonstrasikan manfaat material baru, peneliti memasukkannya ke dalam dasbor prototip Fiat 500e dan melalui fase pemanasan dan pendinginan. Pendingin disediakan oleh elemen Peltier, yang merupakan transduser elektrotermal, yang dikondisi, pada gilirannya, oleh kipas eksternal. Energi untuk elemen Peltier dan radiator EV datang dari baterai 12 volt tambahan yang dipenuhi oleh sel fotovoltaik.

Komposit PCM grafit/polipropilena terpasang di dasbor prototip mobil Fiat 500e. SUMBER: Fraunhofer LBF

Peneliti LBF menggunakan energi yang dirilis selama transisi fase antara pemanasan dan pendinginan untuk menyalakan elemen Peltier hanya untuk periode waktu tertentu. Dengan demikian, kipas tidak terus-menerus berjalan pada daya maksimum. Sistem pendingin dikaitkan dengan suhu dalam material dengan pengaturan yang tepat. Fraunhofer percaya ini akan memperpanjang umur komponen elektronik. Smart Cover Panel sebenarnya dikendalikan oleh sinar matahari itu sendiri, yang berarti pendingin hanya mulai pada hari panas panas, sementara hangat tetap ada di dasbor selama musim dingin.

Komposit PCM baru Fraunhofer LBF secara eksperimental dibandingkan dengan kompad polipropilena-talkum yang digunakan dalam dasbor konvensional. Setelah 1000 detik paparan terhadap daya radiasi 1200 watt/m², perbedaan suhu pada permukaan spesimen sekitar 41°C, yang sesuai dengan pengurangan suhu 46%.

Fraunhofer LBF mencapai pengurangan suhu 46% menggunakan komposit PCM grafit/PE (“neu”) baru di dasbor dibandingkan kompad polipropilena-talkum dasbor konvensional. SUMBER: Fraunhofer LBF.