Nuovi refrigeranti migliorano le prestazioni delle batterie per veicoli elettrici
Il trasporto è responsabile di circa il 20 % dell’utilizzo dell’energia e i veicoli elettrici (EV) hanno fatto un notevole passo avanti nel mercato dei veicoli passeggeri. Tuttavia, nei settori del trasporto pesante, marittimo e aereo, che rappresentano la maggior parte del consumo energetico nei trasporti, la penetrazione dei veicoli elettrici è stata molto limitata. Per far progredire i veicoli elettrici nel settore dei trasporti è necessario affrontare sfide tecnologiche importanti. I clienti chiedono maggiore autonomia, capacità della batteria e ricarica rapida. Il miglioramento delle prestazioni dei sistemi di gestione termica delle batterie (BTMS) contribuirà a ottenere questi miglioramenti. Il progetto I-BAT(si apre in una nuova finestra), finanziato dall’UE, intende aumentare le prestazioni termiche delle batterie fornendo innovazioni nei fluidi di raffreddamento, nei quadri di simulazione e nelle apparecchiature di prova e misurazione che supportano una rapida industrializzazione di BTMS migliorati.
Sistemi di gestione termica delle batterie
I veicoli elettrici si basano su batterie agli ioni di litio, che hanno un intervallo termico di funzionamento compreso tra 5 e 60℃. Il mantenimento di questo intervallo termico è fondamentale e i sistemi BTMS in genere utilizzano aria, acqua o glicole per raffreddare la batteria. I refrigeranti possono agire sulla batteria per contatto diretto o indiretto, circolando intorno alle celle in un rivestimento. La ricerca di I-BAT si è concentrata sul flusso e sulla capacità di trasferimento del calore del liquido di raffreddamento. Il progetto ha anche considerato come la configurazione delle celle nella batteria possa ottimizzare il flusso. I ricercatori hanno lavorato per progettare batterie con vortici di flusso controllati che massimizzano il contatto del refrigerante sulle strutture superficiali della batteria.
Refrigeranti a base di olio minerale
Gli oli minerali hanno proprietà dielettriche, cioè non conducono la carica elettrica, ma la polarizzano. Questo li rende adatti all’uso come refrigeranti per batterie. I-BAT ha introdotto additivi nei fluidi a base di olio per migliorare le caratteristiche non newtoniane del refrigerante. La viscosità dei fluidi non newtoniani varia sotto sforzo e le proprietà viscoelastiche prodotte facilitano il flusso efficiente del liquido intorno alle celle di una batteria per veicoli elettrici. I refrigeranti ingegnerizzati prodotti da I-BAT hanno un grande potenziale. Come spiega il coordinatore del progetto Michael Wensing: «È stata creata una nuova classe di liquidi di raffreddamento che soddisfa i requisiti dei sistemi di batterie e garantisce un flusso particolarmente stabile, consentendo un raffreddamento a immersione robusto ed efficiente.»
Quadri di simulazione e sensori a termopila a strato atomico
La chiave per l’adozione della soluzione del progetto è la capacità di testare le innovazioni dei BTMS. I-BAT ha sviluppato un framework di simulazione multi-scala che include la dinamica molecolare, la modellazione su meso-scala(si apre in una nuova finestra) e la fluidodinamica computazionale. Inoltre, I-BAT ha sviluppato sensori a termopila a strato atomico che utilizzano sensori ultrasottili per fornire dati ad alta risoluzione sul flusso di calore. «La promessa di questa tecnologia ha già portato alla fondazione della start-up Hudyne(si apre in una nuova finestra) e, a nostro avviso, ha un potenziale di mercato eccezionale sia per i prodotti che per i servizi correlati», osserva l’autore. La convalida industriale accelererà la diffusione sul mercato delle soluzioni del progetto. Mettere nelle mani dei ricercatori e degli sviluppatori strumenti complessi di analisi dei fluidi e apparecchiature di test ad alta produttività aiuterà questo processo. Come dice il ricercatore: «Le apparecchiature di prova specializzate sono fondamentali per l’industrializzazione, in quanto consentono la calibrazione delle simulazioni e la valutazione delle proprietà dei fluidi e delle prestazioni di progettazione». Gli sviluppi del progetto vengono portati avanti anche in Fiona Systems(si apre in una nuova finestra), una start-up del settore. Le batterie devono superare diversi ostacoli tecnologici se si vuole che i veicoli elettrici realizzino il loro potenziale nella costruzione di un futuro senza emissioni di carbonio. Concentrandosi sui BTMS, I-BAT ha sviluppato una soluzione che ha aumentato le prestazioni termiche delle batterie.
