Innovatief composiet verlaagt EV dashboardtemperatuur, verbetert efficiëntie

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

Elektromobiliteit wint aan momentum in Duitsland. Zoals gerapporteerd door Fraunhofer Instituut voor Structurele Duurzaamheid en Systeembetrouwbaarheid (Fraunhofer LBF, Darmstadt, Duitsland) in juli, verdubbelde het aantal elektrische voertuigen (EV's) in 2017 bijna tot 93.000. "Om de verkoop van elektrische voertuigen verder te verhogen, is het niet alleen nodig om prestaties te optimaliseren, zoals bereik, maar ook om passagierscomfort te vergroten. Onder andere dingen omvat dit zinvolle en klantgerichte thermische management in de voertuigbinnenruimte,” zegt Paul Becker, die het Optimised Energy Management and Use (OPTEMUS) onderzoeksproject leidt bij Fraunhofer LBF.

Een subdoel van OPTEMUS was om nieuwe materialen voor het EV-dashboard te ontwikkelen om de warmte veroorzaakt door zonnestraling van het dashboardoppervlak te dissiperen. Fraunhofer LBF loste dit op door een grafiet-gevulde polyetheen (PE) composietmateriaal te ontwikkelen wat geïntegreerd is met het EV-koelsysteem. Het team heeft een 46% temperatuurreductie bereikt en de energie nodig om het airconditioning-systeem te laten draaien verminderd, wat op zijn beurt het voertuigbereik ten goede komt.

OPTEMUS

Een EU-gefinancierd project ondersteund door een groot team van bedrijven, streeft OPTEMUS ernaar een van de grootste barrières voor wijdverspreide adoptie van elektrische voertuigen (EV's) te overwinnen: bereikbeperking door beperkte opslagcapaciteit van elektrische batterijen. Gestart in juni 2015 en afrondend volgende februari, beoogt OPTEMUS een aantal innovatieve kerntechnologieën en complementaire technologieën gecombineerd met intelligente controls te ontwikkelen.

BRON: Fraunhofer LBF

De demonstrator is een A-segment EV (Fiat 500e). Dit real-life prototype gecombineerd met virtueel prototypen van de hieronder vermelde technologieën zal de volgende doelen demonstreren:

• Minimaal 32% reductie in energieverbruik voor componentenkoeling en 60% voor passagierscomfort
• Additionele 15% energieverlaging beschikbaar voor tractie,
• Energieverlaging stelt een verhoogd rijbereik in extreme weersomstandigheden in > 44 km (38%) in warme omstandigheden en 63 km (70%) in koude omstandigheden.

BRON: www.optemus.eu

Composieten als Faseveranderingsmaterialen

Faseveranderingsmaterialen (PCMs) zijn al meer dan een decennium ontwikkeld voor gebruik in gebouwen, elektronica en nu auto's. PCMs zijn materialen die smelten en solidificeren bij bepaalde temperaturen met de capaciteit om grote hoeveelheden energie op te slaan of vrij te geven tijdens deze faseverandering. Let op dat vast-gas en vloeistof-gas PCMs ook onderzocht zijn. PCMs kunnen organische of anorganische verbindingen zijn, maar omvatten typisch een conductieve vuller, waar grafiet in komt. Andere PCMs gebruiken koolstofnanotubules (CNTs).

Composieten worden ontwikkeld als Faseveranderingsmaterialen (PCMs) met grafiet, graphene en multi-walled koolstofnanotubules (MWCNTs).
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 draagmaterialen en vullers zoals boornitriet en grafiet. Ze eindigden met een substraat gemaakt van polyetheen, een polymere al algemeen gebruikt in auto-interieurs, en grafiet als de vuller. Het grafiet geeft naar verluidt het composiet een zeer goede thermische geleiding en snelle warmtedissipatie alsook uitstekende energielopslag.

De werkprincipes voor het grafiet/PE composiet PCM werden voltooid binnen het "Smart Cover Panel" deel van OPTEMUS. Om de voordelen van het nieuwe materiaal te demonstreren, hebben onderzoekers het geïntegreerd in het dashboard van de Fiat 500e prototype en gecycled door verwarmings- en afkoelingsfasen. Koeling werd geleverd door Peltier-elementen, die electrothermische transduceren zijn, die op hun beurt gekoeld worden door externe ventilatoren. Energie voor de Peltier-elementen en EV-radiator komt van een additionele 12-volt batterij aangedreven door fotovoltaïsche cellen.

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

LBF onderzoekers gebruikten de energie vrijgegeven tijdens de faseovergang tussen verwarmen en afkoelen om de Peltier-elementen alleen voor een bepaalde periode aan te zetten. Dus, de ventilatoren draaien niet constant op maximale vermogen. Het koelsysteem is gekoppeld aan de temperatuur in het materiaal door passende regeling. Fraunhofer gelooft dit zal de levensverwachting van de elektronische componenten verlengen. Het Smart Cover Panel wordt eigenlijk gecontroleerd door het zonlicht zelf, wat betekent dat koeling alleen begint op hete zomerse dagen, terwijl de warmte in het dashboard tijdens de winter blijft.

Fraunhofer LBF's nieuwe composiet PCM werd experimenteel vergeleken met polypropyleen-talcum verbinding gebruikt in conventionele dashboards. Na 1000 seconden blootstelling aan 1200 watt/m² stralingsvermogen, was het temperatuurverschil op het oppervlak van de monsters ruwweg 41°C, wat overeenkomt met een 46% reductie in temperatuur.

Fraunhofer LBF bereikte 46% temperatuurreductie met het nieuwe (“nieuwe”) grafiet/PE composiet PCM in het dashboard vs. de conventionele polypropyleen-talcum dashboard verbinding. BRON: Fraunhofer LBF.