Så vigtig er en intelligent termokontrol i elbiler
07-12-2020Fra en mekatronikers synspunkt er en elbil ikke særlig interessant ved første blik. Forbrændingsmotoren, der er spændende i kraft af en stort antal komplicerede komponenter, har måttet vige pladsen til fordel for en relativt enkel elmotor. Også den mekaniske drivline er væk. Der er mange der stiller det fatalistiske spørgsmål „Hvad er der egentlig at reparere på en elbil?“
Men helt så slem er sagen heldigvis ikke. Andre komponenter og teknologier får større og større betydning. Det er ikke mindst termokontrol, som spiller en vigtig rolle for elbiler, og som vil blive endnu vigtigere i fremtiden. Termokontrolsystemer i elbiler er i reglen mere komplicerede end i traditionelle biler. Det skyldes, at rene elbiler, der kaldes Battery-Electric-Vehicles (BEV), rummer en lang række meget kulde- og varmefølsomme komponenter. Det omfatter som bekendt også bl.a. opvarmning og køling af bilens kabine.
Hvorfor opvarmning af kabinen påvirker rækkevidden
Elektriske drivsystemer har en høj virkningsgrad, og de afgiver derfor kun lidt varme til omgivelserne i sammenligning med traditionelle forbrændingsmotorer. For alligevel at kunne opvarme kabinen fornuftigt, når udetemperaturen er lav, kræves der ekstra varmesystemer. Problemet er: Som ekstra energiforbrugere tærer de på en ikke uvæsentlig del af den energi, der er lageret i batteriet. Jo varmere kabine, jo mindre rækkevidde. Elektriske ekstravarmere, der er integreret i ventilationssystemet, er en enkel, effektiv, men samtidig også meget energiintensiv type. Efterhånden benyttes der derfor også energieffektive varmepumper, som om sommeren også kan benyttes som klimaanlæg til at køle med.
Kulde- og kølekredsløbene skal spille optimalt sammen
Så meget om komforten. For at en elbil overhovedet skal kunne drives på fornuftig vis og med rigtig høj virkningsgrad, skal temperaturen på elmotoren, effektelektronikken og batteriet holdes konstant i et temperaturområde, der optimerer virkningsgraden. Det sikres af et avanceret og kompliceret termokontrol-system, hvor kulde- og kølekredsløb spiller optimalt sammen. „Som følge af de enkelte komponenters forskellige temperaturkrav benyttes der i reglen flere kølekredsløb til de forskellige temperaturniveauer i elbiler, til dels også med forskellige kølemedier“, forklarer professor Dr.-Ing. Boris Schilder, professor for termodynamik og strømningslære ved Frankfurt University of Applied Sciences.
Det kølevæske- og kølemiddelbaserede kredsløb i elbiler er meget kompliceret. Kilde: HELLA
Termokontrol påvirker batteriets effekt og langtidsholdbarhed
Termokontrol påvirker også batteriets effekt og langtidsholdbarhed på afgørende måde. Batterier skal under driften befinde sig i et klart defineret temperaturinterval. Litium-ion-batterier har det bedst i et område mellem 15 °C og 30 °C. Hvis driftstemperaturen er for høj, reduceres levetiden, så batteriet kan blive defekt på unormalt kort tid.
Battericellerne ældes også ved meget lave temperaturer. Resultat: deres holdbarhed påvirkes negativt. Og hvad der gør tingene endnu vanskeligere: Ikke blot hele batteriets temperatur skal holdes inden for de nævnte interval. Temperaturforskellen mellem de enkelte celler må heller ikke overstige en bestemt værdi. Desuden medfører kortvarige spidsbelastninger i forbindelse med store strømme ved regenerering og kraftig acceleration, at cellerne opvarmes.
Komplicerede termokontrolsystemer giver omsætning hos bilreparatører
For at holde alle komponenter i de optimale temperaturintervaller, især batteriet, har bilfabrikanter og underleverandører udviklet intelligente batterikøle- og termokontrolsystemer. Og de sikrer, at bilmekatronikerens job aldrig bliver kedeligt, heller ikke i elbilernes tid – og dermed sikrer de også omsætning for bilreparatørerne.
Har du stadig ikke fået nok? Du kan finde mere om emnet her: https://www.hella.com/techworld/uk/Technical/Car-air-conditioning/Thermal-management-in-electric-and-hybrid-vehicles-1725/
