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April 28, 2023

Thermomanagement - Temperaturverteilung in einer Batterie


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Die Temperaturverteilung in einer Batterie ist entscheidend für die Performance des Betriebs, des Wirkungsgrads, derLadungsannahme, der Leistungs- und Energiedichte, die Zuverlässigkeit und Lebensdauer. Das Thermomanagement einer Batterie ist äußerst komplex. Da die Zellen im Leerlauf beheizt werden und während des Betriebs 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. Hier unterstützt die CFD-Analyse dabei, das Verhalten der Temperaturverteilung im Gesamtsystem zu verstehen. Dieser Vorgang stellt die die Grundlage für eine Optimierung des Systems dar. 

Das folgende Bild zeigt das CFD-Setup:

Die folgenden Bilder zeigen die Temperaturverteilung. Die Luft strömt von der Frontplatte in die Batterie ein. Sie erhitzt sich binnen kürzester Zeit, sobald sie an den heißen Zellen entlang strömt. Der Querschnitt durch die Zellen zeigt, dass hintere 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.

Hochleistungs-Kühlung eines Ladekabels für HPC/MWC Anwendung

Wie die Kühlung für hohe Ströme gewährleistet werden kann (CFD Simulation)

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