Wärmemanagementmodus für
Reine Elektrofahrzeuge: Batterie-Tauchkühlung
Luftgekühlte Systeme werden am weitesten verbreitet, da sie einfach aufgebaut, kostengünstig sind und keine Leckageprobleme aufweisen. Die Luftkühlung wird in einen aktiven Typ mit erzwungener Konvektion und einen passiven Typ mit natürlicher Konvektion unterteilt. Die geringe Wärmekapazität (Cp=1,006 kJ/kgK bei Standardtemperatur) und die geringe Wärmeleitfähigkeit von Luft im Vergleich zu Medien wie Flüssigkeiten machen es unwahrscheinlich, dass Luftkühlung die Technologie der Wahl für die nächste Generation von Elektroantrieben sein wird Fahrzeuge mit größeren Batteriepaketen und schnelleren Laderaten.
Die Flüssigkeitskühlung kann in indirekte und direkte Ansätze unterteilt werden. Im Vergleich zu Luft hat Kühlmittel eine größere Wärmekapazität und eine höhere Wärmeleitfähigkeit. Aufgrund der ausgewogenen Temperaturregelung ist die indirekte Flüssigkeitskühlung derzeit eine der gängigsten Lösungen für das Batterie-Wärmemanagement. Das am häufigsten verwendete Kühlmittel ist eine Mischung aus Wasser und Ethylenglykol. Das Prinzip der indirekten Kühlung besteht darin, das Kühlmittel durch Kanäle am Boden oder an der Seite der Zelle/des Zellmoduls fließen zu lassen, um Wärme aus dem System abzuleiten.
Der Kühleffekt kann durch den Einsatz spezieller thermischer Schnittstellenmaterialien (TIM) verbessert werden. Der Nachteil der indirekten Flüssigkeitskühlung im Vergleich zur Luftkühlung ist die Komplexität des Systems. Mehr Komponenten sowie Kanäle/Leitungen können zu mehr Ausfällen, zusätzlichem Gewicht und Leckageproblemen führen.
Eine weitere neue Kühltechnologie ist die direkte Flüssigkeitskühlung, auch Immersionskühlung genannt, bei der die Zelle vollständig in eine dielektrische Flüssigkeit eingetaucht wird. Dabei handelt es sich um eine nicht leitende Flüssigkeit mit hoher Widerstandsfähigkeit gegen elektrische Durchschläge. Die Einführung dieser Technologie bedeutet, dass die Komplexität des Batterieprozesses und des Komponentendesigns erheblich reduziert werden kann. Außerdem trägt sie dazu bei, das Gewicht und die Größe des Systems zu reduzieren und die Stabilität und Ausgewogenheit der Batterietemperaturregelung deutlich zu verbessern. Durch die Tauchkühlung kann die Batterie je nach Bedarf ohne den Einsatz von Wärmetauschern erwärmt oder gekühlt werden, was erhebliche Effizienzgewinne mit sich bringt. Die Immersionskühlung von Elektrofahrzeugbatterien steckt noch in den Kinderschuhen, aber einige Anwendungsfälle haben sich bereits herauskristallisiert, wie zum Beispiel das patentierte vollständige Immersionszellensystem von Faraday Future, die Immersionskühlungstechnologie des Dakar-Rallyeautos Audi RS Q e-tron oder das IMMERSIO™-System von ehemaligen Mitarbeitern von Panasonic und Tesla.
