El nuevo material compuesto reduce la temperatura del tablero de EV

Los nuevos compuestos poliméricos pueden tener múltiples funciones y usos finales en futuros vehículos eléctricos.
FUENTE:http://xeric.eu/wp-content/uploads/4_Steiner.pdf

La electromovilidad está ganando impulso en Alemania. Como informó Fraunhofer Institute for Structural Durability and System Reliability (Fraunhofer LBF, Darmstadt, Alemania) en julio, la cantidad de vehículos eléctricos (EV) 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 la comodidad de los ocupantes. Entre otras cosas, esto incluye una gestión térmica sensible y orientada al cliente en el interior del vehículo", dice Paul. Becker, quien dirige el proyecto de investigación Optimized Energy Management and Use (OPTEMUS) en Fraunhofer LBF.

Un subobjetivo de OPTEMUS era desarrollar materiales novedosos para que el tablero de los vehículos eléctricos disipara el calor causado por la radiación solar de la superficie del tablero. Fraunhofer LBF resolvió este problema desarrollando un material compuesto de polietileno (PE) relleno de grafito que se integra con el sistema de refrigeración EV. El equipo ha logrado una reducción de temperatura del 46% y ha reducido la energía necesaria para operar el sistema de aire acondicionado, lo que a su vez beneficia a la autonomía del vehículo.

OPTEMUS

OPTEMUS, un proyecto financiado con fondos europeos y respaldado por un gran equipo de empresas, tiene como objetivo superar una de las mayores barreras para la adopción generalizada de vehículos eléctricos (EV):la limitación de alcance debido a la capacidad de almacenamiento limitada de las baterías eléctricas. OPTEMUS, que comenzó en junio de 2015 y concluirá el próximo febrero, tiene la intención de desarrollar una serie de tecnologías centrales innovadoras y tecnologías complementarias combinadas con controles inteligentes.

El demostrador es un vehículo eléctrico del segmento A (Fiat 500e). Este prototipo de la vida real combinado con el prototipo virtual de las tecnologías enumeradas a continuación demostrará los siguientes objetivos:

• Reducción mínima del 32% en el consumo de energía para la refrigeración de los componentes y del 60% para la comodidad de los pasajeros
• Reducción de energía adicional del 15% disponible para tracción,
• La reducción de energía permite un mayor rango de conducción en condiciones climáticas extremas> 44 km (38%) en ambientes cálidos y 63 km (70%) en condiciones ambientales frías.

Materiales compuestos como materiales de cambio de fase

Los materiales de cambio de fase (PCM) se han desarrollado durante más de una década para su uso en edificios, electrónica y ahora automóviles. 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. Tenga en cuenta que también se han investigado los PCM de gas sólido y gas líquido. Los PCM pueden ser compuestos orgánicos o inorgánicos, pero normalmente incluyen un relleno conductor, que es donde entra el grafito. Otros PCM usan nanotubos de carbono (CNT).

omposites se están desarrollando como materiales de cambio de fase (PCM) utilizando grafito, grafeno y nanotubos de carbono de paredes múltiples (MWCNT).
FUENTE:steemkr.com/science (izquierda) y International Journal of Heat and Mass Transfer, Volumen 120 , mayo de 2018, páginas 33-41 en ScienceDirect.com (derecha).

Los investigadores de Fraunhofer LBF han experimentado con diferentes materiales portadores y rellenos como el nitruro de boro y el grafito. Terminaron con un sustrato hecho de polietileno, un polímero que ya se usa comúnmente en interiores de automóviles, y grafito como relleno. Según se informa, el grafito le da al compuesto una muy buena conductividad térmica y una rápida disipación de calor, así como un excelente almacenamiento de energía.

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

Grafito / polipropileno PCM compuesto instalado en el salpicadero del vehículo prototipo Fiat 500e.
FUENTE:Fraunhofer LBF

Los investigadores de LBF utilizaron la energía liberada durante la transición de fase entre calefacción y refrigeración para encender los elementos Peltier solo durante un cierto período de tiempo. Por lo tanto, los ventiladores no funcionan constantemente a la máxima potencia. El sistema de refrigeración está acoplado a la temperatura del material mediante una regulación adecuada. Fraunhofer cree que esto extenderá la vida útil de los componentes electrónicos. El Smart Cover Panel en realidad está controlado por la luz solar, lo que significa que el enfriamiento solo comienza en los calurosos días de verano, mientras que el calor permanece en el tablero durante el invierno.

El nuevo PCM compuesto de Fraunhofer LBF se comparó experimentalmente con el compuesto de polipropileno-talco utilizado en los paneles de control convencionales. Después de 1000 segundos de exposición a 1200 vatios / m ² de energía radiante, la diferencia de temperatura en la superficie de las muestras fue de aproximadamente 41 ° C, lo que corresponde a una reducción del 46% en la temperatura.

Fraunhofer LBF logrado 46% de reducción de temperatura utilizando el nuevo ("neu") compuesto PCM de grafito / PE en el tablero frente al compuesto convencional de polipropileno-talco para tablero. FUENTE:Fraunhofer LBF.