Thermomanagement – Temperaturverteilung in einer Batterie

Die Temperaturverteilung in einer Batterie ist enorm wichtig, da sie verschiedene Aspekte wie den Betrieb, den Wirkungsgrad, die Ladungsannahme, Leistungs- und Energiedichte, Zuverlässigkeit und Lebensdauer, usw. Das Thermomanagement einer Batterie ist äusserst komplex. Da die Zellen im Leerlauf beheizt werden und während dem Betrieb gekühlt werden müssen, besteht das System aus zeitlichen und räumlichen Wärmequellen und -senken. Batterien, die mit Thermoelementen ausgerüstet sind, zeigen nicht alle möglichen Hot-Spots. Darum unterstützt die CFD-Analyse, das Verhalten der Temperaturverteilung im Gesamtsystem zu verstehen, was die Grundlage für eine Optimierung des Systems darstellt.

Das folgende Bild zeigt das CFD-Setup

Die folgenden Bilder zeigen die Temperaturverteilung. Die Luft strömt von der Frontplatte in die Batterie ein und wird schnell aufgewärmt, sobald sie an den ersten heissen Zellen vorbeiströmt. Der Schnitt durch die Zellen zeigt, dass die hinteren Zellen ungenügend gekühlt werden. Die Ecken der Box zeigen hohe Temperaturen. Des Weiteren hat die Untersuchung gezeigt, dass die einströmende Luft durch die ausströmende heisse Luft bereits vor dem Eintritt in die Zellen erwärmt wird, da Einlass und Auslass an der Frontplatte arrangiert sind.

Das folgende Bild zeigt die Stromlinien der Kühlluft sowie die Temperaturverteilung in der horizontalen Schnittebene.

Die Optimierungsschritte führten zu einer homogeneren Temperaturverteilung und deshalb zu höherer Lebensdauer und höhere Leistungs- und Energiedichte.

 

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