Cos'è il liquido refrigerante?
Il liquido refrigerante è il materiale che scorre attraverso la batteria e impedisce alle cellule di cucinarsi. Concetto piuttosto semplice ma molte persone lo sbagliano.
Nelle applicazioni EV ed ESS parliamo di una miscela di acqua glicole- che circola attraverso piastre fredde o canali di raffreddamento ricavati nella struttura del pacco. Il fluido preleva calore dalle celle, lo trasporta in un refrigeratore o in un radiatore, scarica il calore e ritorna indietro per ottenerne altro. Il loop continua a funzionare finché il pacchetto è attivo.
Il fluido stesso
Dimentica tutto ciò che sai sui liquidi di raffreddamento per automobili. Quel Prestone verde di AutoZone distruggerà un pacco batteria. Gli inibitori della corrosione nell'antigelo convenzionale sono composti ionici-conducono elettricità. Se lo fai passare attraverso un pacco da 400 V, stai chiedendo guasti a terra.
Il liquido di raffreddamento della batteria deve soddisfare due requisiti di cui l'antigelo normale non si preoccupa:
Electrical resistivity above 100 kΩ·cm minimum. Most OEMs spec 150 kΩ·cm or higher. Tesla's spec calls for >200 kΩ·cm su nuovo riempimento.
Contenuto di ioni inferiore a 25 ppm. Alcune specifiche dicono 10 ppm. Questo è il motivo per cui non puoi semplicemente usare acqua distillata e mescolarla tu stesso-il glicole stesso deve essere ultra-puro.
BASF Glysantin G40 e Arteco Havoline XLC sono i due che vedrai più spesso sul campo. Chevron produce anche una formulazione specifica per le batterie-. Costano circa $ 40-60 al gallone contro $ 12-15 per il normale refrigerante OAT. Ne vale la pena.
Rapporto di miscelazione
Il rapporto 50/50 tra glicole etilenico e acqua deionizzata è standard. Alcuni ragazzi corrono 60/40 in climi freddi. Superare il 60% di glicole in realtà fa male-la viscosità aumenta, il trasferimento di calore diminuisce, la pompa lavora di più.
La matematica del punto di congelamento:
La miscela 50/50 si congela intorno a -37 gradi
60/40 ti porta forse a -52 gradi
Il glicole puro si congela a -12 gradi (sì, l'aggiunta di acqua abbassa il punto di congelamento, la chimica è strana)
Per la maggior parte del Nord America 50/50 va bene. Se stai distribuendo pacchetti in Minnesota o Alberta, parla con il tuo ingegnere termico per diventare più ricco.
Portata
È qui che vedo la maggiore confusione. Le persone in entrambi i casi sovradimensionano le pompe o le sottodimensionano.
Il calcolo non è complicato. Devi sapere tre cose: quanto calore genera il pacco, quale aumento di temperatura puoi tollerare attraverso il circuito e il calore specifico del liquido di raffreddamento.
Per una miscela 50/50 EG/acqua, il calore specifico è di circa 3,3 kJ/kg·K. Densità circa 1,07 kg/L.
Supponiamo che tu abbia un pacco da 75 kWh con scarica a 2°C. La potenza è di 150 kW. Figura 5-6% di generazione di calore a quella velocità-chiamiamolo carico termico di 8 kW. Se desideri mantenere il delta ingresso-uscita sotto i 4 gradi:
8000 W ÷ (1,07 kg/L × 3300 J/kg·K × 4 K) × 60=34 L/min
Questo è un numero reale da un progetto reale. La pompa effettiva da noi specificata aveva una portata nominale di 40 l/min per darci un margine di manovra.
La maggior parte dei gruppi di veicoli elettrici per passeggeri consumano 8-15 l/min con carichi di guida normali. Aumenta durante la ricarica rapida o l'elevata potenza sostenuta.
Cosa va storto
Ho visto alcune modalità di guasto nel corso degli anni.
Tipo di refrigerante errato.Il negozio si completa con l'antigelo convenzionale durante il servizio. Picchi di conduttività. Il BMS rileva un guasto di isolamento, il gruppo si spegne. Se sei fortunato, genera semplicemente codici. Se non sei fortunato ottieni un arco interno.
Contaminazione.La qualità dell’acqua è importante. Un sito in cui ho lavorato ha utilizzato l'acqua del rubinetto per il riempimento iniziale perché "passa comunque attraverso il deionizzatore". Solo che hanno bypassato il deionizzatore. Il contenuto di cloruro era di 180 ppm. Ho dovuto lavare l'intero sistema e sostituire le piastre fredde-Lavoro da 40.000 dollari su un'installazione da 200.000 dollari.
Degrado nel tempo.Il glicole si ossida. Forma acido glicolico, poi acido ossalico. Il pH scende. Gli inibitori della corrosione si consumano. Gli OEM dicono che l'intervallo di manutenzione è di 4-5 anni, ma ho notato che il liquido di raffreddamento si deteriora in 2 anni in ambienti ad alta temperatura. Prova ogni anno.
Aria nel sistema.Lo spurgo dei circuiti di raffreddamento dei veicoli elettrici è complicato. Le sacche d'aria causano punti caldi. La cella direttamente sotto la bolla è 8-10 gradi più calda rispetto a quelle vicine. Invecchiamento accelerato, diminuzione della capacità e infine richiesta di garanzia.
Verifica delle condizioni del liquido di raffreddamento
Hai bisogno di tre misurazioni:
Il pH-del liquido refrigerante fresco è compreso tra 7,8 e 8,5 a seconda della formulazione. Al di sotto di 7,0 significa che il pacchetto di inibitori è esaurito. Cambialo.
Esistono misuratori portatili di resistività-ma sono costosi. Invia un campione a un laboratorio se non ne hai uno. Qualsiasi valore inferiore a 50 kΩ·cm sta diventando marginale.
Il rifrattometro per la concentrazione di glicole-funziona. Strumento da $ 30, richiede 10 secondi. Stai controllando la diluizione dovuta alla condensa o qualcuno che aggiunge acqua pura.
Alcune flotte eseguono programmi di analisi dell'olio e inviano campioni a Polaris Labs o Blackstone ogni 6 mesi. Eccessivo per la maggior parte delle applicazioni ma ha senso per installazioni di grandi dimensioni.
Immersione diretta vs raffreddamento indiretto
Tutto quanto sopra presuppone che il fluido di raffreddamento indiretto- scorra attraverso i canali e non tocchi mai le celle. Questo è il 95% di quello che c'è là fuori.
L'immersione diretta è diversa. Le cellule si trovano in un bagno di fluido dielettrico. Nessuna piastra fredda, nessun materiale di interfaccia termica, il fluido entra direttamente in contatto con la lattina. Il trasferimento di calore è migliore. La complessità è inferiore per certi versi, maggiore per altri.
Anche i fluidi sono diversi. 3M Novec e Solvay Galden sono i grandi nomi. Si tratta di composti fluorurati, a bassissima conduttività, chimicamente inerti. Inoltre, per alcune formulazioni, sono estremamente costosi-$300-400 al litro.
L'immersione diretta si sta manifestando nello storage grid e in alcune-applicazioni per veicoli ad alte prestazioni. Non ancora mainstream, ma è difficile discutere con le prestazioni termiche.
Scheda tecnica
Riferimento rapido su cosa cercare quando si acquista il liquido di raffreddamento della batteria:
| Parametro | Bersaglio |
|---|---|
| Base | Glicole etilenico, grado vergine |
| Resistività | >150 kΩ·cm (>100 kΩ·cm minimo assoluto) |
| pH | 7.8 - 8.5 |
| Cloruro | <25 ppm |
| Solfato | <25 ppm |
| Riserva alcalinità | >3 ml |
| Punto di congelamento (50/50) | -37 gradi o inferiore |
| Standard compatibili | ASTM D3306, SAE J1034 |
Ottieni la scheda di sicurezza e la scheda tecnica dal tuo fornitore. Se non sono in grado di fornire dati sulla resistività, trovare un fornitore diverso.
