Industrielle und kommerzielle Energiespeicherung: Flüssigkeitskühlung – Kühlplatte vs. Tauchkühlung

Flüssigkeitskühlsysteme: Steigerung der Effizienz und Verlängerung der Akkulaufzeit

Flüssigkeitskühlsysteme bieten eine hohe Wärmeabfuhreffizienz und minimieren Temperaturunterschiede zwischen Batterieclustern. Dies verlängert die Batterielebensdauer und verbessert die Wirtschaftlichkeit über den gesamten Lebenszyklus erheblich. Die gesteigerte Kühlleistung führt direkt zu einer deutlichen Erhöhung der Energiedichte von Energiespeichersystemen. Dank fortschrittlicher Flüssigkeitskühltechnologie kann die Kapazität einer einzelnen Einheit, die einem herkömmlichen 40-Fuß-Container entspricht, von 2.5 MWh auf 6.7 MWh erhöht werden. Zudem lässt sich der Platzbedarf von Energiespeicherstationen mit gleicher Kapazität um über 50 % reduzieren. Bei zukünftigen Großspeicherstationen mit einer Kapazität von über 100 MWh werden die Vorteile hinsichtlich der Flächenersparnis noch deutlicher.

Flüssigkeitskühlung kann anhand der Kontaktmethoden in zwei Typen unterteilt werden: direkter Kontakt und indirekter Kontakt.

Indirekte Kontakt-Flüssigkeitskühlung wird üblicherweise durch Kühlung mit einer Kühlplatte dargestellt.

Direkter Kontakt mit Flüssigkeitskühlung wird typischerweise durch Tauchkühlung erreicht.

1. Kühlplattenkühlung (indirekte Flüssigkeitskühlung)

Bei diesem Verfahren stehen die wärmeerzeugenden Komponenten und das Kühlmedium nicht in direktem Kontakt. Die Kühlplattenkühlung leitet Wärme ab, indem sie entweder direkt mit einer flüssigkeitsgefüllten Kühlplatte in Kontakt kommt oder die Wärme über wärmeleitende Komponenten an die Kühlplatte abführt. Die Wärme wird anschließend von der in der Kühlplatte zirkulierenden Flüssigkeit abgeführt.
Flüssigkeitskühlplatten sind entscheidende Komponenten für das Wärmemanagement von Batterien und erfordern häufig eine gemeinsame Entwicklung und Konstruktion mit den Kunden, um die Kompatibilität mit spezifischen Batteriesystemen zu gewährleisten. Je nach Herstellungsverfahren lassen sich Kühlplatten in blasgeformte, gelötete und harmonikaförmige Typen unterteilen.

Blasgeformte Platten sind kostengünstig und hocheffizient und eignen sich daher für Nutzfahrzeuge und Energiespeichersysteme.

Gelötete Platten zeichnen sich durch hervorragende Dichtigkeit, geringes Gewicht, Präzision und Wärmeableitung aus.

Herstellungsverfahren:

Die Herstellung von Kühlplatten umfasst das Stanzen des Rohmaterials, Reinigen, Beschichten mit Flussmittel, Nieten, Hartlöten, Prüfen und Versiegeln. Gängige Fertigungstechniken sind das Einbetten von Rohren, das Profilieren mit anschließendem Schweißen, das Bearbeiten mit anschließendem Schweißen sowie das Druckgießen mit anschließendem Schweißen.

2. Immersionskühlung (Direkte Flüssigkeitskühlung)

Bei diesem Verfahren werden die Batteriezellen vollständig in eine isolierende, ungiftige und wärmeableitende Flüssigkeit (eine ölähnliche Substanz) eingetaucht. Die Flüssigkeit steht in direktem Kontakt mit den Zellen, um die Wärme abzuführen und so ein effizientes Wärmemanagement zu gewährleisten. Das System wird durch Ölzirkulations- und Kühlsysteme unterstützt, die Kühlöl als Medium nutzen, um die Wärme schnell und effektiv abzuführen und so den Betrieb der Zellen im optimalen Temperaturbereich sicherzustellen.

Da die Immersionsflüssigkeit die Zellen umfassend benetzt, werden Temperaturunterschiede besser kontrolliert. Bei Verwendung von Kühlmitteln auf Nicht-Öl-Basis kann die Flüssigkeit zudem selbst als Feuerlöschmittel wirken und somit Wärmemanagement und Brandschutz integrieren.

Arten von Tauchkühlsystemen:

Immersionskühlsysteme lassen sich in drei Haupttypen unterteilen: wasserbasierte, ölbasierte und fluorbasierte Systeme.

Vorteile der Tauchkühlung

Überlegenes Wärmemanagement: Die Batterien sind in isolierendes Kühlmittel eingetaucht, was eine hervorragende Wärmeableitung und keinerlei Sicherheitsrisiken gewährleistet.

Optimale thermische LösungHält die Batterietemperaturdifferenz unter 2°C.

FlexibilitätGeeignet für raue Umgebungen, einschließlich hoher/niedriger Temperaturen und großer Höhen.

Raumeffizienz: Keine Luftkanäle erforderlich, wodurch die Raumausnutzung und die Energiedichte des Systems maximiert werden.

Reduzierte AusfallratenKeine Lüfter oder bewegliche Teile, wodurch Ausfallraten und Folgeverluste reduziert werden.

SkalierbarkeitMehrere Schränke können beliebig kombiniert werden, um unterschiedlichen Kapazitätsanforderungen gerecht zu werden.