Cos'è il sistema di raffreddamento?
Domanda di James Wong, Fremont, California.
Lavoro qui nel vecchio stabilimento GM-Toyota NUMMI e abbiamo appena saputo che un giorno costruiremo un'auto elettrica. La gente continua a parlare di raffreddamento della batteria. Qual è la vera storia?
Risponde Richard Flagan, professore di ingegneria chimica e ingegneria ambientale, Caltech.
(Mi occupo principalmente di aerosol, ma ultimamente sono stato trascinato in un paio di progetti di batterie con JPL e le case automobilistiche.)
Un pacco di ioni di litio- produce una quantità sorprendente di calore quando lo spingi. Un pacco da 60 kWh con una carica di 3°C può scaricare 15-20 kW di calore. È una piccola stufetta che funziona all'interno del pavimento dell'auto. Lascialo stare e le celle centrali raggiungono i 60 gradi mentre stai ancora cercando di raggiungere l'80% di carica. La vita scende rapidamente sopra i 45 gradi, quindi devi eliminare il calore.
La maggior parte dei pacchi ora utilizza piastre fredde piatte in alluminio di circa 4-6 mm di spessore con un canale stampato all'interno. Fai scorrere una piastra ogni due moduli o sotto ogni fila di buste. La piastra è riempita con un sottile strato di pasta termica contro il fondo delle celle. Le piastre Ultium di GM sono così. Tesla avvolgeva un tubo tondo tra il 1860 e il 2170 a zigzag-sembra uno spaghetto, funziona bene, ma è una seccatura da assemblare. Il nuovo pacchetto 4680 in Texas è stato realizzato con un nastro piegato più ampio anziché con un tubo tondo. Più facile da saldare.
Il liquido di raffreddamento è quasi sempre composto al 50/50 da acqua-glicole con i soliti inibitori. Alcuni prototipi di auto da corsa funzionano con glicole puro o addirittura olio siliconico, ma nessuno lo spedisce ai clienti. Il flusso è solitamente di 10–20 litri al minuto per una confezione grande. La pompa è una piccola cosa senza spazzole da 400 W che funziona a 12 V. Vive sotto il cofano o nel vano bagagli.
Il radiatore si trova davanti al condensatore dell'aria condizionata. Alla velocità dell'autostrada hai molta aria, ma seduto al Supercharger in una giornata di 110 gradi F a Barstow, la ventola elettrica deve tirare forte. Ecco perché Tesla ha aggiunto la piccola valvola a polipo qualche anno fa-permette al refrigeratore di prendere in prestito il refrigerante freddo dal circuito dell'aria condizionata della cabina quando fa molto caldo.
La diffusione della temperatura è il killer. Se la cella più fredda è a 25 gradi e quella più calda a 40 gradi, si perde forse il 15-20% del ciclo di vita del pacco. Quindi il collettore di aspirazione deve dividere il flusso in modo uniforme. Alcune aziende realizzano piccoli orifizi in ciascun ramo. Altri semplicemente rendono i canali lunghi e stretti in modo che la caduta di pressione forzi un flusso uguale. Il pacco di celle a lama di BYD fa scorrere il refrigerante lungo il bordo lungo della cella anziché sul fondo-afferma una migliore uniformità.
Il freddo è la parte di cui nessuno parlava nel 1999. Al di sotto di circa 0 gradi non è possibile caricare velocemente oppure si placca il litio metallico e si uccide la cella. Quindi lo stesso circuito che si raffredda ora deve riscaldarsi. Un riscaldatore PTC da 3–5 kW si trova nel serbatoio o subito dopo la pompa. Il BMS osserva le tensioni delle celle come un falco durante il preriscaldamento.
La pressione è solitamente relativa a 1–1,5 bar. Mantiene il punto di ebollizione intorno ai 115-120 gradi in modo da non creare sacche di vapore se una cella decide di diventare esotermica.
L'anno scorso al JPL abbiamo utilizzato un modulo da 30-celle sul banco. Con il raffreddamento è passato da 25 gradi a 65 gradi in otto minuti con una scarica di 200 A. Accendere la pompa a 12 L/min e si stabilizzerà a 38 gradi. Otto minuti invece di mai: ecco perché ora ogni zaino serio è dotato di raffreddamento a liquido.
Questa è l'immagine di base. I dettagli cambiano ogni anno modello, ma la fisica no.
