Nieuw composietmateriaal verlaagt de temperatuur van het EV-dashboard

Nieuwe polymeercomposieten kunnen in toekomstige EV's meerdere functies en eindgebruiken hebben.
BRON:http://xeric.eu/wp-content/uploads/4_Steiner.pdf

Elektromobiliteit wint aan kracht in Duitsland. Zoals gerapporteerd door het Fraunhofer Instituut voor structurele duurzaamheid en systeembetrouwbaarheid (Fraunhofer LBF, Darmstadt, Duitsland) in juli, is het aantal elektrische voertuigen (EV's) in 2017 bijna verdubbeld tot 93.000. "Om de verkoop van elektrische voertuigen verder te vergroten, is het niet alleen nodig om de prestaties, zoals de actieradius, te optimaliseren, maar ook om het comfort van de inzittenden te vergroten. Dit omvat onder meer een verstandig en klantgericht warmtebeheer in het voertuiginterieur", zegt Paul Becker, hoofd van het onderzoeksproject Optimized Energy Management and Use (OPTEMUS) bij Fraunhofer LBF.

Een subdoel van OPTEMUS was het ontwikkelen van nieuwe materialen voor het EV-dashboard om de warmte af te voeren die wordt veroorzaakt door zonnestraling van het dashboardoppervlak. Fraunhofer LBF loste dit op door een met grafiet gevuld polyethyleen (PE) composietmateriaal te ontwikkelen dat is geïntegreerd in het EV-koelsysteem. Het team heeft een temperatuurverlaging van 46% bereikt en de energie die nodig is om het airconditioningsysteem te laten werken, verminderd, wat op zijn beurt de actieradius van het voertuig ten goede komt.

OPTEMUS

OPTEMUS, een door de EU gefinancierd project dat wordt ondersteund door een groot team van bedrijven, heeft tot doel een van de grootste belemmeringen voor de wijdverbreide acceptatie van elektrische voertuigen (EV's) te overwinnen:beperking van het bereik vanwege de beperkte opslagcapaciteit van elektrische batterijen. OPTEMUS is gestart in juni 2015 en loopt tot februari volgend jaar. OPTEMUS is van plan een aantal innovatieve kerntechnologieën en complementaire technologieën te ontwikkelen in combinatie met intelligente besturingen.

De demonstrator is een A-segment EV (Fiat 500e). Dit real-life prototype gecombineerd met virtuele prototyping van de onderstaande technologieën zal de volgende doelstellingen aantonen:

• Minimaal 32% reductie in energieverbruik voor componentkoeling en 60% voor passagierscomfort
• Extra 15% energiereductie beschikbaar voor tractie,
• Energiebesparing maakt een groter rijbereik mogelijk in extreme weersomstandigheden> 44 km (38%) in warme omgevingen en 63 km (70%) in koude omgevingen.

Composieten als faseovergangsmaterialen

Phase Change Materials (PCM's) worden al meer dan tien jaar ontwikkeld voor gebruik in gebouwen, elektronica en nu ook in auto's. PCM's zijn materialen die bij bepaalde temperaturen smelten en stollen en tijdens deze faseverandering grote hoeveelheden energie kunnen opslaan of vrijgeven. Merk op dat PCM's met vast gas en vloeibaar gas ook zijn onderzocht. PCM's kunnen organische of anorganische verbindingen zijn, maar bevatten meestal een geleidende vulstof, dat is waar grafiet binnenkomt. Andere PCM's gebruiken koolstofnanobuisjes (CNT's).

composieten worden ontwikkeld als Phase Change Materials (PCM's) met behulp van grafiet, grafeen en meerwandige koolstofnanobuizen (MWCNT's).
BRON:steemkr.com/science (links) en International Journal of Heat and Mass Transfer, Volume 120 , mei 2018, pagina's 33-41 op ScienceDirect.com (rechts).

Fraunhofer LBF-onderzoekers hebben geëxperimenteerd met verschillende dragermaterialen en vulstoffen zoals boornitride en grafiet. Ze eindigden met een substraat van polyethyleen, een polymeer dat al veel wordt gebruikt in auto-interieurs, en grafiet als vulmiddel. Het grafiet geeft het composiet naar verluidt een zeer goede thermische geleidbaarheid en snelle warmteafvoer, evenals een uitstekende energieopslag.

De werkingsprincipes voor de grafiet/PE composiet PCM werden voltooid binnen de "Smart Cover Panel" par van OPTEMUS. Om de voordelen van het nieuwe materiaal te demonstreren, hebben onderzoekers het in het dashboard van het Fiat 500e-prototype opgenomen en door de verwarmings- en koelfasen gefietst. De koeling werd geleverd door Peltier-elementen, die elektrothermische transducers zijn, die op hun beurt worden gekoeld door externe ventilatoren. De energie voor de Peltier-elementen en de EV-straler komt van een extra 12-volt batterij die wordt gevoed door fotovoltaïsche cellen.

Grafiet/polypropyleen composiet PCM geïnstalleerd in dashboard van Fiat 500e prototype voertuig.
BRON:Fraunhofer LBF

LBF-onderzoekers gebruikten de energie die vrijkomt bij de faseovergang tussen verwarmen en koelen om de Peltier-elementen slechts voor een bepaalde tijd in te schakelen. Zo draaien de ventilatoren niet constant op maximaal vermogen. Door een passende regeling wordt het koelsysteem gekoppeld aan de temperatuur in het materiaal. Fraunhofer denkt dat dit de levensduur van de elektronische componenten zal verlengen. Het Smart Cover Panel wordt eigenlijk aangestuurd door het zonlicht zelf, waardoor de koeling pas begint op warme zomerdagen, terwijl de warmte in de winter in het dashboard blijft.

De nieuwe composiet PCM van Fraunhofer LBF werd experimenteel vergeleken met de polypropyleen-talkverbinding die in conventionele dashboards wordt gebruikt. Na 1000 seconden blootstelling aan 1200 watt/m ² van stralingskracht, was het temperatuurverschil op het oppervlak van de monsters ongeveer 41°C, wat overeenkomt met een temperatuurdaling van 46%.

Fraunhofer LBF behaald 46% temperatuurverlaging door gebruik te maken van de nieuwe (“neu”) grafiet/PE composiet PCM in het dashboard versus de conventionele polypropyleen-talk dashboard compound. BRON:Fraunhofer LBF.