Batterien von Elektroautos kühlen
Beim Fahren mit hohen Geschwindigkeiten und sommerlichen Temperaturen erwärmen Elektroautobatterien stark und können sie auf Dauer schädigen.
Das Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT in Oberhausen entwickelte zur Lösung dieses Problems ein neues Kühlmittel – ein Gemisch aus Wasser und Paraffin –, welches dreimal effektiver als Wasser die Hitze auffängt.
Batterien liefern Elektroautos den Strom zum Fahren. Sollen die Akkus möglichst lange leben, dürfen sie nicht zu stark überhitzen. Ihr „Wohlfühlbereich“ liegt zwischen 20 und 35 Grad Celsius. Doch schon ein Ausflug mittags im Hochsommer heizt die Batterie stärker auf, als sie vertragen kann. Die Schäden können schwerwiegend sein: Wird ein Akku bei 45 statt bei 35 Grad Celsius betrieben, hält er nur halb so lange. Eine neue Batterie ist jedoch teuer – der Preis kann durchaus bei der Hälfte des Fahrzeugpreises liegen. Die Batterien sollten daher gekühlt werden.
Üblicherweise werden Batterien gar nicht (wenn diese beim „Tanken“ durch eine andere ersetzt wird) oder mit Luft gekühlt. Luft kann allerdings nur wenig Wärme aufnehmen und leitet sie schlecht weiter. Zudem müssen die Batteriezellen einen größeren Abstand zueinander haben, damit ausreichend kühle Luft hindurchströmen kann. Wasserkühlungen stecken noch in den Anfängen: Sie weisen eine bessere Wärmekapazität als Luft auf und können die Wärme besser abtransportieren – allerdings ist der Wasservorrat begrenzt, während Luft in beliebigen Mengen durch die Batterie strömen kann.
Mehr Platz im Motorraum
Das Kühlmittel ist ein Gemisch aus Wasser und Paraffin, stabilisierenden Tensiden und dem Frostschutzmittel Glyco und ist somit eine Dispersion. Der Vorteil: Die Dispersion kann dreimal so viel Wärme aufnehmen wie Wasser und die Hitze in Extremsituationen, wie beispielsweise Autobahnfahrten im Hochsommer, besser auffangen. Der Vorratstank kann kleiner sein als bei einer Wasserkühlung – im Motorraum lässt sich so Gewicht und Platz sparen.
Die Dispersion leitet die Wärme gut: Sie fließt schnell von den Batteriezellen in das Kühlmittel ab. Das Prinzip: Nimmt das Kühlmittel Wärme auf, „schmelzen“ die festen Paraffin-Kügelchen zu Paraffin-Tropfen und speichern so die Wärme. Kühlt die Lösung ab, erstarren die Tropfen wieder. Man spricht auch von Phasen-Wechsel-Materialien. „Der Hauptknackpunkt bei der Entwicklung lag in der Stabilität der Dispersion”, erläutert Tobias Kappels, Wissenschaftler am Fraunhofer UMSICHT.
Denn die einzelnen Paraffin-Kügelchen dürfen nicht zusammenklumpen und sich – da sie leichter sind als Wasser – auch nicht an der Oberfläche sammeln. Vielmehr sollen sie sich gut im Wasser verteilen. Tenside stabilisieren die Dispersion. Sie lagern sich an den Kügelchen an und bilden eine Art schützende Hülle. Die Forscher optimieren in den nächsten Schritten die Wärmekapazität, die Wärmeübergangseigenschaften und die Fließfähigkeit. Im nächsten Schritt wollen sie die Feldtests durchführen und das Kühlmittel in einem Versuchsfahrzeug testen.
Quelle
Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT 2012BINE INFO | ad 2012
