Compuesto innovador reduce temperatura del salpicadero en VE, aumentando eficiencia

Nuevos compuestos poliméricos pueden tener múltiples funciones y usos finales en futuros VE.
FUENTE: https://xeric.eu/wp-content/uploads/4_Steiner.pdf

La electromovilidad está ganando impulso en Alemania. Según informó el Instituto Fraunhofer para Durabilidad Estructural y Fiabilidad de Sistemas (Fraunhofer LBF, Darmstadt, Alemania) en julio, el número de vehículos eléctricos (VE) casi se duplicó en 2017 a 93.000. "Para aumentar aún más las ventas de vehículos eléctricos, no solo es necesario optimizar el rendimiento, como la autonomía, sino también aumentar el confort de los ocupantes. Entre otras cosas, esto incluye una gestión térmica sensata y orientada al cliente en el interior del vehículo", dice Paul Becker, quien dirige el proyecto de investigación Optimised Energy Management and Use (OPTEMUS) en Fraunhofer LBF.

Un sub-objetivo de OPTEMUS fue desarrollar materiales novedosos para el salpicadero del VE para disipar el calor causado por la radiación solar desde la superficie del salpicadero. Fraunhofer LBF lo resolvió desarrollando un material compuesto de polietileno (PE) cargado con grafito que se integra con el sistema de refrigeración del VE. El equipo ha logrado una reducción del 46% en temperatura y reducido la energía necesaria para operar el sistema de aire acondicionado, lo que a su vez beneficia la autonomía del vehículo.

OPTEMUS

Un proyecto financiado por la UE apoyado por un gran equipo de empresas, OPTEMUS busca superar una de las mayores barreras para la adopción generalizada de vehículos eléctricos (VE): la limitación de autonomía debido a la capacidad de almacenamiento limitada de baterías eléctricas. Iniciado en junio 2015 y finalizando el próximo febrero, OPTEMUS pretende desarrollar una serie de tecnologías nucleares innovadoras y tecnologías complementarias combinadas con controles inteligentes.

FUENTE: Fraunhofer LBF

El demostrador es un VE de segmento A (Fiat 500e). Este prototipo real combinado con prototipado virtual de las tecnologías listadas abajo demostrará los siguientes objetivos:

• Reducción mínima del 32% en consumo de energía para refrigeración de componentes y 60% para confort de pasajeros
• Reducción adicional del 15% de energía disponible para tracción,
• La reducción de energía permite una autonomía de conducción aumentada en condiciones climáticas extremas > 44 km (38%) en ambiente caliente y 63 km (70%) en ambiente frío.

FUENTE: www.optemus.eu

Compuestos como Materiales de Cambio de Fase

Los Materiales de Cambio de Fase (PCM) se han desarrollado durante más de una década para uso en edificios, electrónica y ahora coches. Los PCM son materiales que se funden y solidifican a ciertas temperaturas con la capacidad de almacenar o liberar grandes cantidades de energía durante este cambio de fase. Nota que PCM sólido-gas y líquido-gas también se han investigado. Los PCM pueden ser compuestos orgánicos o inorgánicos, pero típicamente incluyen un relleno conductor, donde entra el grafito. Otros PCM usan nanotubos de carbono (CNT).

Compuestos se desarrollan como Materiales de Cambio de Fase (PCM) usando grafito, grafeno y nanotubos de carbono de pared múltiple (MWCNT).
FUENTE: steemkr.com/science (izquierda) y International Journal of Heat and Mass Transfer, Volumen 120, Mayo 2018, Páginas 33-41 en ScienceDirect.com (derecha).

Investigadores de Fraunhofer LBF han experimentado con diferentes materiales portadores y rellenos como nitruro de boro y grafito. Terminaron con un sustrato hecho de polietileno, un polímero ya comúnmente usado en interiores automotrices, y grafito como relleno. El grafito da, según informes, al compuesto una conductividad térmica muy buena y disipación rápida de calor así como excelente almacenamiento de energía.

Los principios de funcionamiento para el compuesto PCM de grafito/PE se completaron dentro de la parte "Smart Cover Panel" de OPTEMUS. Para demostrar los beneficios del nuevo material, los investigadores lo incorporaron en el salpicadero del prototipo Fiat 500e y lo ciclaron por fases de calentamiento y enfriamiento. El enfriamiento fue provisto por elementos Peltier, que son transductores electrotérmicos, enfriados, a su vez, por ventiladores externos. La energía para los elementos Peltier y radiador del VE viene de una batería adicional de 12 voltios alimentada por células fotovoltaicas.

Compuesto PCM de grafito/polipropileno instalado en salpicadero de prototipo Fiat 500e.
FUENTE: Fraunhofer LBF

Los investigadores de LBF usaron la energía liberada durante la transición de fase entre calentamiento y enfriamiento para activar los elementos Peltier solo por un cierto período de tiempo. Así, los ventiladores no funcionan constantemente a máxima potencia. El sistema de enfriamiento está acoplado a la temperatura en el material por regulación apropiada. Fraunhofer cree que esto extenderá la vida útil de los componentes electrónicos. El Smart Cover Panel en realidad es controlado por la luz solar misma, lo que significa que el enfriamiento solo comienza en días de verano calurosos, mientras el calor permanece en el salpicadero durante el invierno.

El nuevo compuesto PCM de Fraunhofer LBF se comparó experimentalmente con compuesto de polipropileno-talco usado en salpicaderos convencionales. Tras 1000 segundos de exposición a 1200 vatios/m² de potencia radiante, la diferencia de temperatura en la superficie de las muestras fue aproximadamente 41 °C, lo que corresponde a una reducción del 46% en temperatura.

Fraunhofer LBF logró reducción del 46% de temperatura usando el nuevo compuesto PCM de grafito/PE ("neu") en el salpicadero vs. compuesto convencional de salpicadero de polipropileno-talco. FUENTE: Fraunhofer LBF.