Hvad er kølesystem?
Spørgsmål fra James Wong, Fremont, Californien.
Jeg arbejder på den gamle GM-Toyota NUMMI-fabrik her, og vi har lige hørt, at vi en dag skal bygge en elbil. Folk bliver ved med at tale om batterikøling. Hvad er den rigtige historie?
Besvaret af Richard Flagan, professor i kemiteknik og miljøteknik, Caltech.
(Jeg udfører for det meste aerosolarbejde, men jeg er blevet trukket ind i et par batteriprojekter med JPL og bilfirmaerne på det seneste.)
En lithium-ionpakke laver overraskende meget varme, når du skubber på den. En 60 kWh-pakke ved 3C opladning kan dumpe 15-20 kW varme. Det er en lille rumvarmer, der kører inde i gulvet i bilen. Lad det være, og de midterste celler rammer 60 grader, mens du stadig forsøger at få 80 % opladning. Livet falder hurtigt over 45 grader, så du skal trække varmen ud.
De fleste pakker bruger nu flade aluminium kolde plader omkring 4-6 mm tykke med en stemplet kanal indeni. Du skyder en plade mellem hvert andet moduler eller under hver række af poser. Pladen er fyldt med et tyndt lag termopasta mod cellebunden. GM's Ultium plader er sådan. Tesla plejede at vikle et rundt rør under 18650'erne og 2170'erne i en zigzag -ligner spaghetti, fungerer fint, men det er en smerte at samle. Den nye 4680-pakke i Texas gik til et bredere foldet bånd i stedet for et rundt rør. Nemmere at svejse.
Kølevæske er næsten altid 50/50 vand-glykol med de sædvanlige inhibitorer. Nogle prototype racerbiler kører ren glykol eller endda silikoneolie, men ingen sender det til kunderne. Flow er normalt 10-20 liter i minuttet for en stor pakke. Pumpen er en lille børsteløs ting på 400 W, der kører på 12 V. Den lever under motorhjelmen eller i bunden.
Radiatoren sidder foran A/C-kondensatoren. Ved motorvejshastighed får du masser af luft, men når du sidder ved en Supercharger på en 110 grader F-dag i Barstow, skal den elektriske blæser trække hårdt. Det er derfor, Tesla tilføjede den lille blæksprutteventil for et par år siden-lader køleren låne koldt kølemiddel fra kabinens A/C-kreds, når det er rigtig varmt.
Temperaturspredning er dræberen. Hvis den sejeste celle er 25 grader, og den varmeste er 40 grader, mister du måske 15-20 % af pakkens levetid. Så indløbsmanifolden skal dele flow jævnt. Nogle virksomheder bearbejder små åbninger i hver gren. Andre gør bare kanalerne lange og tynde, så tryktab tvinger det samme flow. BYD's bladcellepakke fører kølevæsken langs den lange kant af cellen i stedet for bunden-hævder bedre ensartethed.
Koldt vejr er den del, ingen talte om i 1999. Under omkring 0 grader kan du ikke oplade hurtigt, eller du plader lithiummetal og dræber cellen. Så den samme sløjfe, der køler, skal nu varmes. En 3–5 kW PTC-varmer sidder i reservoiret eller lige efter pumpen. BMS overvåger cellespændinger som en høg under forvarmning.
Trykket er normalt 1-1,5 bar gauge. Holder kogepunktet oppe omkring 115-120 grader, så du aldrig får damplommer, hvis en celle beslutter sig for at blive eksoterm.
Vi kørte et 30-cellemodul på bænken sidste år hos JPL. Med afkøling gik det fra 25 grader til 65 grader på otte minutter ved 200 A udladning. Tænd for pumpen ved 12 L/min og den satte sig på 38 grader. Otte minutter versus aldrig - det er derfor, hver seriøs pakke har væskekøling nu.
Det er grundbilledet. Detaljerne ændrer sig hvert modelår, men det gør fysikken ikke.
