Bestehende Anwendungen der Batterieimmersionskühlung für Elektrofahrzeuge und Energiespeicher, die hauptsächlich in Konferenzvorträgen und Webinaren vorgestellt werden, spiegeln die Tatsache wider, dass viele Unternehmen in diesem Bereich über Patente verfügen und ihre Fortschritte weniger in wissenschaftlichen Arbeiten veröffentlichen. Dennoch gibt es eine Reihe von überzeugenden Proof-of–Concepts und mehr als 10 EV-Systemanbieter haben nachhaltige Fortschritte in der Batterieimmersionskühlung erzielt.  

AVL

AVL zeigte in einer Präsentation, wie das Unternehmen einige technische Grenzen (Zeit, Kosten und Komplexität) bei der Implementierung der Batterie-Immersionskühlung überwunden haben. Es ist ihnen gelungen, das Gewicht und die Kosten des Batteriemoduls durch direkte Kühlung der elektrischen Verbindungen zu reduzieren. Durch Benchmarks mit der ECE-R100-Norm, UN-Transport- und GB-T 31467-3-Tests konnte zudem auch die Sicherheit verbessert werden. 

Ricardo Engineering

Ein neues Batteriemodul mit Immersionskühltechnik wird bei Ricardo Engineering vorgestellt. Mit einem auf 21700 zylindrischen Zellen basierenden Modul mit M&I MIVOLT-Flüssigkeit wurde eine hohe Laderate von 3,9C erreicht. Dieser Ansatz bedeutet, dass die Temperatur von maximal 30°C kontrolliert werden könnte. Andererseits konnten dieselben Batterien in einem BTMS unter Verwendung einer Kühlplatte mit der gleichen Ladegeschwindigkeit Temperaturen von bis zu 50°C erreichen. Mit Hilfe eines thermischen Durchbruchtests (thermal Runaway) konnte die Sicherheit des Moduls untersucht werden, und als Ergebnis wurde ein fortschrittlicher Sicherheitsanstieg gegenüber luftgekühlten Modulen erreicht, wobei die Temperatur einer Zelle während des TR auf 70°C gehalten wurde. Die Kosten für die Immersionskühlung können auf Modulebene um 8 % und auf Fahrzeugebene um 6,5 % gesenkt werden, was auf mehrere Faktoren zurückzuführen ist, wobei der wichtigste Faktor die Kosteneinsparungen durch die Reduzierung der Dicke der Kupferschienen sind.  

Kreisel Electric

Kreisel Electric hat eine effiziente und sichere Lösung für Batterien entwickelt, die das lasergeschweißte Batteriemodul von Kreisel mit zylindrischen 18650- oder 21700-Zellen kombiniert, verschmilzt und dann über kontrollierte Entgasungskanäle mit Shells GTL-basierter Wärmemanagementflüssigkeit in die Batteriezellen eintaucht. Das Kreisel-Batteriesystem wird bereits in Nutzfahrzeugen wie der Londoner Elektrobusflotte, in industriellen Anwendungen wie einem Betonmischer von Liebherr und in Hochleistungs-Ladesäulen wie dem batteriebetriebenen Chimero EV Fast Charger von Kreisel electric eingesetzt. Darüber hinaus ist der Einsatz der Kreisel-Batterie-Immersionskühlung im Motorsport geplant, z. B. als Batterieplattform für die Hybridserie der Federation Internationale de l’Automobile (FIA) bei der Rallye-Weltmeisterschaft und als Technologieplattform für die FIA World Ralley Cross 1e-Serie ab 2022.   

Xing Mobility, e-Mersiv and Exoes

Mit ihrem IMMERSIO-Batteriemodulsystem hat Xing Mobility auch eine immersive Kühltechnologie entwickelt. Ihre Lösung wurde für Anwendungen im Bergbau, im Baugewerbe und in der Landwirtschaft vorgeschlagen. E-MERSIV und Exoes sind in Frankreich ansässige Technologieunternehmen, die ein immersives BTMS mit Ladegeschwindigkeiten von bis zu 4C für alle Zellformate (zylindrisch und prismatisch) entwickelt haben. 

Tesla

Tesla patentierte einen „Batteriekühlmantel“, der das Modul mit einer integrierten Rahmenstruktur zur Aufnahme von Batteriezellen beschreibt, welche direkt von einer Flüssigkeit umgeben und gekühlt werden. Ein weiteres patentiertes Modul- und Packdesign mit vergrößerten Kontaktflächen zwischen Kühlmittel und Batterieoberfläche wurde von Anhui Xinen Technology beschrieben.  Auch in der Oberklasse von Luxusautos werden Immersionkühlungsanwendungen für Batterien eingesetzt.

McLaren

Die neue McLaren  „ultimate series“ mit dem Namen „Speedtail“ ist das erste Serienfahrzeug weltweit, das die Immersionkühlungstechnologie einsetzt. Durch das permanente Eintauchen in eine leichte dielektrische Flüssigkeit können die Zellen länger eine höhere Leistung erzielen und das Wärmemanagement verbessern. Das Unternehmen gab an, dass der Speedtail eine Gesamtleistung von 1055 Pferdestärken erzeugen kann, während das Batteriepaket eine Leistungsdichte von 5,2 kW/kg aufweist.   Außer von McLaren wurde die Technologie auch für die Nachrüstung klassischer Sportwagen mit Elektroantrieb entwickelt. In der Produktspezifikation ihres Umbaus des klassischen Alfa Romeo GTV in ein Hochleistungs-BEV hob Totem Automobil die Verwendung von 3M Novec für die Immersionskühlung der Batterie hervor, wodurch die Leistung dieses Oldtimers gesteigert und sein Designvermächtnis für die Zukunft gesichert wird. 

Moveko

Das finnische Unternehmen Moveko  hat ein 120-V-Gleichstrom-Antriebssystem für Betreiber öffentlicher Verkehrsmittel entwickelt, das ein tauchgekühltes modulares Batteriesystem umfasst, das für hohe Anforderungen und Zuverlässigkeit geeignet ist. Die kontaktlose Ladetechnologie wird zusammen mit einer Hochleistungs-Ultra-Schnellladung ermöglicht. Außerdem stellt AMG 2021 eine neue Plug-in-Hybridtechnologie vor, die vom Daimler Formel-1-Rennwagen übernommen wurde. Der 400V HPB80 mit 6,1 kWh Kapazität, 70 kW Dauerleistung und einer Spitzenleistung von 150 kW, die für einige Sekunden zur Verfügung steht.   Schließlich haben wir bei LION Smart ein leichtes Akkupaket mit integrierter immersiver Kühltechnologie unter Verwendung von 3M Novec-Flüssigkeiten entwickelt, das in der Automobil- und Luftfahrtproduktion eingesetzt werden kann. Das Projekt wird von der EU finanziert und ist Teil von LIBAT Clean Sky 2 mit dem Ziel einer klimaneutralen Luftfahrt bis 2050. 

______________________________________________________________

Fazit

Immersionskühlsysteme bleiben nach wie vor ein vielversprechender Ansatz für das Wärmemanagement von Batterien. Diese Übersicht bietet Einblicke in die industrielle Anwendung von Immersionskühlsystemen und aktuelle kommerzielle Fortschritte. Es wird definitiv noch einige spannende News in diesem Bereich geben. 

Authors:

Anna Kilischekow

Arne Siegner

Quellen:

AVL, W. Prochazka, D. Suzzi Battery Serial Development – Case: Immersion Cooling – Battery Serial Development (2020) https://www.avl.com/-/battery-serial-development-case-immersion-cooling, Accessed 16^th Mar 2022 Ricardo, J. Dunn, C. Rouaud, I. Lewis Innovative Battery Thermal Management: Reducing Total Battery Cost and Improving Safety and Charging Time https://mobex.io/webinars/innovative-battery-thermal-management-reducing-total-battery-cost-and-improving-safety-and-charging-time/ (2020), Accessed 16^th Mar 2022 Shell and Kreisel Electric Form Strategic Alliance to Offer High-Performance Electric Battery Solution – Kreisel Electric (2020) K.A. Tucker Submerged cell modular battery system – U.S patent number 10,784,545, 2020 https://uspto.report/patent/grant/10,784,545, Accessed 16^th Mar 2022 Xing Mobility, PRODUCTS | XING Mobility, (n.d.) E-Mersiv Hight Performance Li-Ion Batteries https://e-mersiv.com/en/technology/ (2021), Accessed 23^rd Mar 2022 Exoes Avanced Thermal System Solutions (2021) https://exoes.com/en/, Accessed 23^rd Mar 2022 P.T. Tennessen, J. Weingtraub, W.A. Herman US20130004820A1 – Battery Coolant Jacket – Patent (2011) https://patents.google.com/patent/US20130004820A1/en, Accessed 23^rd Mar 2022 Chan, V. Rao Vehicle Battery Module with Cooling and Safety Features US9620830B2) (2017) Car Magazine, McLaren Speedtail ‘Albert’ Model Revealed as Swansong Nears | CAR Magazine (2021) https://www.carmagazine.co.uk/car-news/first-official-pictures/mclaren/speedtail-bp23/, Accessed 23^rd Mar 2022 Totem Automobili Totem Automobili Technical Specifications (2021) https://www.totemautomobili.com/specs/, Accessed 23^rd Mar 2022 Moveko Electric Drivetrain System and Charging Infrastructure (2021) http://www.moveko.fi/, Accessed 23^rd Mar 2022 Green Car Reports Mercedes-AMG Plug-In Hybrids Will Get F1 Battery Tech, 2-speed Gearbox and E-Motor at Rear (2021) https://www.greencarreports.com/news/1131757_mercedes-amg-plug-in-hybrids-will-get-f1-battery-tech-2-speed-gearbox-and-e-motor-at-rear, Accessed 23^rd Mar 2022 [/av_textblock]