Zo belangrijk is intelligent thermomanagement in elektrische auto's
12/07/2020Vanuit het oogpunt van de mechatronicus is zo'n elektrische auto op het eerste gezicht niet zo interessant: de verbrandingsmotor, die dankzij een groot aantal complexe componenten een flinke uitdaging vormt, moest plaats maken voor een relatief eenvoudige elektromotor. Ook de mechanische aandrijflijn moest wijken. "Wat kan ik nog repareren in een elektrische auto?" is de vaak wat fatalistische vraag.
Maar gelukkig is de zaak niet helemaal zo serieus: Andere componenten en technologieën worden steeds belangrijker. Vooral het thermomanagement speelt een belangrijke rol in elektrische auto's en zal in de toekomst waarschijnlijk nog belangrijker worden. Thermomanagementsystemen in elektrische auto's zijn over het algemeen complexer dan die in conventionele voertuigen. Tot slot hebben puur elektrische auto's, de zogenaamde accu-elektrische voertuigen, een aantal componenten die bijzonder gevoelig zijn voor koude en warmte. En ook de verwarming en koeling van het binnenste van het voertuig is een bekend probleem.
Waarom een verwarmd interieur de actieradius beïnvloedt
Door hun hoge efficiëntie staan elektrische aandrijvingen slechts weinig warmte af aan de omgeving in vergelijking met conventionele verbrandingsmotoren. Om het interieur goed te kunnen verwarmen bij lage buitentemperaturen, zijn bijverwarmingen nodig. Het probleem: Als extra energieverbruikers nemen zij een aanzienlijk deel van de in de accu opgeslagen energie op. Hoe warmer het interieur, hoe kleiner de actieradius. Elektrische bijverwarmingen, die in het ventilatiesysteem zijn geïntegreerd, zijn weliswaar eenvoudig en effectief, maar slurpen energie. Daarom worden nu ook energiezuinige warmtepompen gebruikt, die in de zomer als airconditioning ook voor koeling kunnen dienen.
Koude- en koelcircuit moeten optimaal samenwerken
Tot zover het comfort. Om een elektromotor überhaupt verstandig en met een bijzonder hoog rendement te laten werken, moeten de temperaturen van de elektromotor, de vermogenselektronica en de accu altijd binnen een qua rendement optimaal temperatuurbereik worden gehouden. Dit wordt bereikt door een geavanceerd en complex thermomanagementsysteem waarin de koude- en koelcircuits optimaal met elkaar samenwerken. "Door de verschillende temperatuurvereisten van de componenten, worden in elektrische voertuigen over het algemeen verschillende koelcircuits met uiteenlopende temperatuurniveaus gebruikt, soms met verschillende koelmedia", legt prof.dr.-engel Boris Schilder, hoogleraar thermodynamica en vloeistofmechanica aan de Frankfurt University of Applied Sciences, uit.
Het koel- en koudemiddelgebaseerde circuit voor elektrische voertuigen is bijzonder complex. Bron: HELLA
Thermomanagement beïnvloedt de prestaties en duurzaamheid van de accu
Thermomanagement heeft ook een beslissende invloed op de prestaties en de duurzaamheid van de accu: De accu's moeten binnen een duidelijk afgebakend temperatuurkader worden gebruikt. Lithium-ionaccu's voelen zich bijzonder comfortabel in een bereik tussen 15 °C en 30 °C. Als de bedrijfstemperatuur te hoog is, wordt de levensduur van de accu verkort en kan er voortijdig een storing optreden.
De accucellen verouderen ook bij zeer lage temperaturen. Het gevolg: hun duurzaamheid lijdt eronder. Wat de zaak nog ingewikkelder maakt: Niet alleen de totale temperatuur van de accu moet binnen het beschreven kader blijven. Ook het temperatuurverschil tussen de afzonderlijke cellen mag een bepaalde waarde niet overschrijden. Daarnaast leiden kortdurende piekbelastingen in combinatie met hoge stromen zoals recuperatie en boosten tot opwarming van de cellen.
Complexe thermomanagementsystemen genereren omzet in autobedrijven
Om alle componenten, met name de accu, in hun optimale temperatuurbereiken te kunnen gebruiken, hebben autofabrikanten en leveranciers intelligente accukoelings- en thermomanagementsystemen ontwikkeld. Ze zorgen er ook voor dat de baan van de auto-mechatronicus nooit saai wordt, zelfs niet in het tijdperk van de elektrische auto - en niet in de laatste plaats zijn ze goed voor de verkoop in de autobranche.
Heb jullie er nog geen genoeg van? Meer over het onderwerp kunnen jullie hier vinden: https://www.hella.com/techworld/nl/Techniek/Airconditioning/Thermomanagement-in-elektrische-en-hybride-voertuigen-1725/
