Elbilbatteriet lagrer både strøm og varme - og skal gi bedre rekkevidde om vinteren

[Redaksjonen.]

Elbilbatteriet lagrer både strøm og varme - og skal gi bedre rekkevidde om vinteren

[Fri diskusjon og kunnskap]

Dette virker fornuftig og lurt. Batteri og kulde går dårlig sammen.

Kanskje også en ide for blybatterier og forbrenningsbiler ?

[Simen1]

Gleder meg allerede til rapporten for å se hvor mye ulike tiltak monner og gjerne en analyse på hvor godt de vil virke på elbiler med andre egenskaper.

 

Det tiltaket dere nevner først, med faseforandringsmaterialer (natriumacetat?) er et godt konsept. Dvs. det veier nok omtrent det samme som øke batterikapasiteten så mye at det kan gjøre samme oppvarmingsjobben, men det koster veldig mye mindre enn batterier. Pluss fordelen med å kunne oppta varme ved hurtiglading.

[Sturle S]

Leier materialet varme godt nok til å halde temperaturen uniform gjennom heile batteriet når alt materialet rundt ei celle har skifta fase, silk at temperaturen i den cella kan endre seg fort?

[1P4XZQB7]

Kanskje også en ide for blybatterier og forbrenningsbiler ?

 

Jo, kanskje det. Noe slikt som en fase-endring-termos koblet til kjølevannet. For det har nok ingen tenkt på før. Men jo, SAAB hadde nettopp en slik sak på eksperimentstadiet. (Beklager, finner ingen web-referanse på noe så gammalt.)

 

Den saken ble det aldri noe av i praksis, og jeg levner ikke dette forsøket så mye bedre odds.

[Sturle S]

Det tiltaket dere nevner først, med faseforandringsmaterialer (natriumacetat?) er et godt konsept.

Natrumacetat er det nok ikkje. Det fungerer etter eit litt anna prinsipp.

 

Faseendringsmatriale som det her er snakk om er eigna til å halde temperaturen konstant. Varmeeneri vert teken opp eler avgitt ved materialet endrar fase. Eit døme er vatn med is. So lenge vatnet inneheld isklumpar vil temperaturen halde seg på 0°C. Vidare nedkjøling gjer berre isklumpane større. Oppvarming smeltar dei. Fyrst når alt vatnet har vorte til is, eller all isen har smelta, vil temperaturen stige eller synke.

 

Wikipedia har ein informativ artikkel om emnet: https://en.wikipedia.org/wiki/Phase-change_material

[Simen1]

Leier materialet varme godt nok til å halde temperaturen uniform gjennom heile batteriet når alt materialet rundt ei celle har skifta fase, silk at temperaturen i den cella kan endre seg fort?

Den eneste måten temperaturen i cellene kan endre seg fort på er ved oppvarming, altså hurtiglading i denne sammenhengen. Det vil si at cellene smelter den faste fasen i materialet rundt og det er en svært effektiv måte å ta opp varmeenergi, sammenlignbart med vannkjøling der vannet strømmer forbi.

[Simen1]

Natrumacetat er det nok ikkje. Det fungerer etter eit litt anna prinsipp.

 

Faseendringsmatriale som det her er snakk om er eigna til å halde temperaturen konstant. Varmeeneri vert teken opp eler avgitt ved materialet endrar fase. Eit døme er vatn med is. So lenge vatnet inneheld isklumpar vil temperaturen halde seg på 0°C. Vidare nedkjøling gjer berre isklumpane større. Oppvarming smeltar dei. Fyrst når alt vatnet har vorte til is, eller all isen har smelta, vil temperaturen stige eller synke.

 

Wikipedia har ein informativ artikkel om emnet: https://en.wikipedia.org/wiki/Phase-change_material

Det er samme prinsipp (fast-flytende og smeltevarme), men bare med et annet smeltepunkt og som tillater mer stabil underkjøling. Det er i prinsippet mulig å lage akkurat samme sak med rent vann, bare at vannet ville hatt lettere for å fryse spontant.

[Sturle S]

 

Leier materialet varme godt nok til å halde temperaturen uniform gjennom heile batteriet når alt materialet rundt ei celle har skifta fase, silk at temperaturen i den cella kan endre seg fort?

Den eneste måten temperaturen i cellene kan endre seg fort på er ved oppvarming, altså hurtiglading i denne sammenhengen. Det vil si at cellene smelter den faste fasen i materialet rundt og det er en svært effektiv måte å ta opp varmeenergi, sammenlignbart med vannkjøling der vannet strømmer forbi.

Eg trur ikkje du forstod spørsmålet. Etter nokre hurtigladingar på ein varm dag er det ikkje lenger matteriale att i den faste fasen. Dette vil neppe skje på same tidspunkt i heile batteriet. Dei fleste faseendrigsmateriale er dårlege varmeleiarar, spesielt i den faste fasen.

 

Når materialet ikkje kan absorbere meir varme ved å skifte fase, vil temperaturen stige veldig fort. Dersom ein del av cellene er mykje varmare en dei andre, fordi andre celler framleis har fast faseskiftmateriale rundt seg, vil dei varme cellene degradere fortare. Dette vil sannsynegvis råke dei same cellene kvar gong. I eit seriekopla batteri vil nokre få dårlege celler degradere heile batteriet mykje.

 

Tilsvarande ved nedkjøling. Til slutt vil ein del av cellene vere kalde, medan andre framleis er verna av faseskiftmaterialet. Då er det viktig å tilpasse lade- og utladigseffekt til dei kaldaste cellene.

 

Det kan vere vanskeleg å måle kor mykje varmekapasitet som er att i materialet. Temperaturen røper det ikkje. Dersom det er mogeleg å måle, kan ei løysing vere å kombinere med tradisjonell vasskjøling/-oppvarming som ser til at det alltid er varmekapasitet att i begge retningar.

[Sturle S]

 

Natrumacetat er det nok ikkje. Det fungerer etter eit litt anna prinsipp.

 

Faseendringsmatriale som det her er snakk om er eigna til å halde temperaturen konstant. Varmeeneri vert teken opp eler avgitt ved materialet endrar fase. Eit døme er vatn med is. So lenge vatnet inneheld isklumpar vil temperaturen halde seg på 0°C. Vidare nedkjøling gjer berre isklumpane større. Oppvarming smeltar dei. Fyrst når alt vatnet har vorte til is, eller all isen har smelta, vil temperaturen stige eller synke.

 

Wikipedia har ein informativ artikkel om emnet: https://en.wikipedia.org/wiki/Phase-change_material

Det er samme prinsipp (fast-flytende og smeltevarme), men bare med et annet smeltepunkt og som tillater mer stabil underkjøling. Det er i prinsippet mulig å lage akkurat samme sak med rent vann, bare at vannet ville hatt lettere for å fryse spontant.

I dette tilfellet ynskjer dei for det fyrste ikkje uderkjøling, og for det andre at temperaaturen skal vere konstant gjennom heile batteriet heile tida.

[G]

Det kan da umulig være rom for særlig mye tykkelse på isolasjon på en Fiat (de er jo knøttsmå) ?

[Stefse]

Skal man vinne rekkevidde på elbiler vinterstid her i norge, er det lite som slår å isolere selve kupéen bedre. Det kan gjøres med særdeles lavthengende teknologi som glava og fugeskum.

[Xaphoon]

"Batteriet brukes i et prosjekt hvor ulike grupper jobber med å energieffektivisere en Fiat 500e. Her er det i tillegg tatt i bruk blant annet solceller og støtdempere som genererer energi"

Ja, med støtdempere som genererer energi burde elbil bli noe bortimot en evighetsmaskin på norske veier...

[Simen1]

Eg trur ikkje du forstod spørsmålet. Etter nokre hurtigladingar på ein varm dag er det ikkje lenger matteriale att i den faste fasen. Dette vil neppe skje på same tidspunkt i heile batteriet. Dei fleste faseendrigsmateriale er dårlege varmeleiarar, spesielt i den faste fasen.

 

Når materialet ikkje kan absorbere meir varme ved å skifte fase, vil temperaturen stige veldig fort. Dersom ein del av cellene er mykje varmare en dei andre, fordi andre celler framleis har fast faseskiftmateriale rundt seg, vil dei varme cellene degradere fortare. Dette vil sannsynegvis råke dei same cellene kvar gong. I eit seriekopla batteri vil nokre få dårlege celler degradere heile batteriet mykje.

 

Tilsvarande ved nedkjøling. Til slutt vil ein del av cellene vere kalde, medan andre framleis er verna av faseskiftmaterialet. Då er det viktig å tilpasse lade- og utladigseffekt til dei kaldaste cellene.

 

Det kan vere vanskeleg å måle kor mykje varmekapasitet som er att i materialet. Temperaturen røper det ikkje. Dersom det er mogeleg å måle, kan ei løysing vere å kombinere med tradisjonell vasskjøling/-oppvarming som ser til at det alltid er varmekapasitet att i begge retningar.

I fast fase absorberes varmen ganske lett

I flytende fase transporteres varmen ganske lett.

 

Sammenligner vi med batterier med passiv kjøling, som vi finner på en del biler i dag, så vil faseskiftmaterialet bidra med både økt varmekapasitet og økt varmetransport. Nå er ofte slike væsker mer viskøse enn vann også når de er fullstendig flytende, så de vil nok transportere varmen dårligere enn for eksempel Teslas batterier som har strømmende vannkjøling.

 

Når det gjelder balanseringa av varme vs kaldere celler så har jeg ikke noe godt svar på det. Jeg kan heller ikke se for meg at det blir noe stort problem.

[bojangles]

Isolert batterikasse og fasenedringsmateriale rundt cellene kan ha noe for seg, det må dog måles opp mot plassen det spiser kontra å legge inn en kjøre/varme sløyfe i pakken og effekt-forbruket på en slik sløyfe.

 

Selve isolasjonen spiser ok minimalt med plass. Men faseendringsmateriale gjør at man bruker svært mye mer avstand mellom hver celle. Så på et gitt areal vil bruken phasechange materiale fort spise mellom 10-20 % av kapasiteten kontra en batteripakke uten ekstra kjøling/varme og opp mot 10% mindre plass til celler målt mot kjølesløyfe.

[bojangles]

Gleder meg allerede til rapporten for å se hvor mye ulike tiltak monner og gjerne en analyse på hvor godt de vil virke på elbiler med andre egenskaper.

 

Det tiltaket dere nevner først, med faseforandringsmaterialer (natriumacetat?) er et godt konsept. Dvs. det veier nok omtrent det samme som øke batterikapasiteten så mye at det kan gjøre samme oppvarmingsjobben, men det koster veldig mye mindre enn batterier. Pluss fordelen med å kunne oppta varme ved hurtiglading.

 

Kjøling av batteri ved faseendring er litt komplisert, selv om faseendringsmaterielet i seg selv kan være veldig enkelt. Problemet er at selve fasendringsmaterialet gjør at batteripakkene må bygges med større mellomrom mellom hver enkelt battericelle for at fasendringsmaterialet skal virke på alle cellene. I praksis så vil vi idag stort sett alltid måtte forholde oss til en begrensende faktor for batterier i el-biler, el-motorsykler osv. Plass. Real estate comes at a premium sier et gammelt ordtak, og sjeldent passer vel det bedre enn for batteripakker til elektriske kjøretøy. 

 

Det er slik at det er den totale mengden av enkeltceller i en batteripakke som avgjør rekkevidden. Og om du av en eller annen grunn får mindre plass til å stable antall celler sammen slik at max antallet går ned så senker du samtidig rekkevidden. 

 

For at dette skal være en god løsning må effekten av kjølingen og også isoleringen av batteriboksen være større enn nettotapet i plass til antall celler + tapet av kapasitet i varmt vær eller kaldt vær.  

[bojangles]

Skal man vinne rekkevidde på elbiler vinterstid her i norge, er det lite som slår å isolere selve kupéen bedre. Det kan gjøres med særdeles lavthengende teknologi som glava og fugeskum.

 

 

Du får søke enova, kanskje du får tilskudd

[Simen1]

Joda, jeg ser den. Det kommer til å ta både plass og vekt. Men er det en dårlig idé å bytte ut 10 kg batteri med 10 kg faseskiftmateriale? Antagelig ikke. Som nevnt vil jeg anta at energimengden per kg er omtrent lik og at faseendringsmaterialet er vesentlig billigere enn batteri, målt per kg og per energimengde. Jeg tror det er en god ide å ha 10% faseforandringsmateriale og 90% batteri i stedet for 100% batteri hvis man uansett måtte brukt 10% av batteriet til å holde temperaturen.

 

Men akkurat hvor effektivt denne teknikken er kommer an på så mangt. Jeg venter spent på rapporten.

[bojangles]

Joda, jeg ser den. Det kommer til å ta både plass og vekt. Men er det en dårlig idé å bytte ut 10 kg batteri med 10 kg faseskiftmateriale? Antagelig ikke. Som nevnt vil jeg anta at energimengden per kg er omtrent lik og at faseendringsmaterialet er vesentlig billigere enn batteri, målt per kg og per energimengde. Jeg tror det er en god ide å ha 10% faseforandringsmateriale og 90% batteri i stedet for 100% batteri hvis man uansett måtte brukt 10% av batteriet til å holde temperaturen.

 

Men akkurat hvor effektivt denne teknikken er kommer an på så mangt. Jeg venter spent på rapporten.

 

 

Har kun gjort forsøk i liten skala på elektriske motorsykler, men med den begrensningen som er i plass på en tohjuling så må jeg si at det per idag ikke bli enkelt å få på plass faseendringsmateriale. Netto blir for kort rekkevidde. Da er det bedre å lagre batteriene i varmt lokale til bruken starter og evt. varme opp underveis ved behov. Kjøling og oppvarming av batterier tror jeg nok Tesla har den beste løsningen på akkurat nå. Når de oppgraderte batteripakkene så endret de forresten kjølesløyfen og nå er den ennå mer kompakt. Enn så lenge har vi real estate issues, og dermed så vil nok kloner av Teslas løsning være det som er å foretrekke. 

 

Om noen år når vi får samme kapasitet på mindre volum så er vi nok mer der at faseendring er det reelt alternativ. 

Endret 3. november 2018 av bojangles

[Simen1]

En ting jeg ikke har skjønt med Teslas løsning er hvorfor de spanderer 2-3 mm mellom annenhver cellerad til kjølingen, når det er plenty av rom mellom cellene selv når cellene berører hverandre heksagonalt. Runde celler stablet tettest mulig har "trekantede" tomrom mellom seg. Her burde de ført ned et trekantet kjølerør og opp ved nabocella. Dvs, rørene burde vært U-formet slik at alle kjølekretsene kobles sammen på den ene siden av batteristacken. Denne stablingen gir de frihet til å velge parallellitet vs seriekobling både i kjølekretsen og elektrisk. Jeg tipper de kunne skviset inn 5-10% flere celler i det samme volumet på denne måten.

 

Tesla .. 105D - 110D ?

Endret 4. november 2018 av Simen1