In April 2024, Lubrizol’s team of thermal management experts, including Strategic Technology Manager Dr. Gareth Brown, Technology Development Manager Dr Chris Rasik, Senior Research Engineer Dr. Andy Richenderfer, and Research Engineer Matthew Donohue, presented a webinar titled Battery Thermal Management Fluids: More than Just a Base Oil for the Charged EV virtual conference. You can view the entire webinar here.

O tema gerou inúmeras perguntas ponderadas. Para ajudar a resumir o bom diálogo no evento, estamos postando as perguntas como um Preguntas frequentes com nossas respostas. 

Quais são as vantagens da refrigeração por imersão em comparação com outros métodos de refrigeração, como refrigeração a ar ou placas de resfriamento de glicol a água?

No nível mais simples, a refrigeração por imersão é exatamente o que parece: um sistema que contém líquido com uma bateria imersa nele. Nenhuma camisa de resfriamento é necessária e o fluido dielétrico entra em contato direto com a bateria. Isso permite uma refrigeração mais rápida e uma operação mais segura.

Existem desempenho ou benefícios de segurança para a refrigeração por imersão?

A seguir estão algumas das vantagens da refrigeração por imersão:

• Permite carregamento extra-rápido (XFC) em menos de 10 minutos. (Uma carga rápida típica leva a bateria de 10 - 80% Estado de Carga (SoC)).
• Ele oferece controle térmico da bateria aprimorado.
• Ele oferece melhor transferência de calor desempenho por um fator de 20.
• Reduz o potencial de descontrole térmico. Prolonga a vida útil da bateria.

Related: How Immersion Cooling Can Help Make Electric Vehicle Batteries Safer

A refrigeração por imersão fluidos pode ser usada em várias aplicações dentro de um veículo, além da bateria?

Além da bateria, os fluidos dedicados de gerenciamento térmico oferecem a possibilidade de atender às necessidades do motor elétrico, do inversor e de outros hardwares críticos. Quanto mais diversas necessidades exigidas pela gama de hardware, mais difícil é formular um fluido que atenda a todas essas necessidades. Os fluidos que protegem uma gama mais ampla de hardware devem encontrar um equilíbrio entre vários fluidos dedicados e um único fluido "universal". Futuras aplicações de veículos provavelmente exigirão diferentes combinações de soluções para diferentes segmentos de veículos e perfis de uso.

Em que outras aplicações a refrigeração por imersão pode ser usada?

A refrigeração por imersão oferece múltiplos benefícios, incluindo grande contato com a área de superfície e excelentes propriedades de isolamento, que permitem que esse método de refrigeração seja usado em muitas áreas de aplicação diferentes. Um exemplo adicional são as estações de armazenamento de energia. Nessa aplicação, a segurança elétrica e a uniformidade de temperatura são mais importantes, e a refrigeração por imersão pode satisfazer esses requisitos.

Another example is off-highway (OH) applications, where high-power discharge and fast charging are required to increase operation efficiency. Esses requisitos gerarão mais calor. A refrigeração por imersão pode dissipar o calor melhor do que os métodos de refrigeração tradicionais, tornando-a muito adequada para esse tipo de aplicação.

É possível usar o mesmo fluido de refrigeração por imersão em aplicações de transporte e data center?

Existem algumas diferenças críticas entre essas aplicações que resultam em formulações de fluidos distintas. Por exemplo, um data center é normalmente um meio ambiente limpo, bem ventilado e controlado. Por outro lado, uma bateria pode estar sujeita a condições extremas, como tempo frio e contaminação da água. Additionally, battery packs have a much more extreme failure mode in thermal runaway, where there is a tremendous amount of stored energy as compared to data center applications. Por esses motivos, formulamos fluidos diferentes para as duas aplicações diferentes.

Existem regulamentos ou legislações relacionados com a refrigeração de baterias em veículos elétricos?

As regulamentações estão ficando mais rígidas em cada região do mundo. 70% das baterias no mundo são fabricadas na China, e os reguladores da China estão tornando obrigatório que haja 5 minutos antes de qualquer incêndio ser observado fora da bateria sempre que houver uma fuga térmica. Na tecnologia de solução térmica, há uma regulamentação de placa fria atualizada em breve a ser finalizada. A maioria dos reguladores em todo o mundo está procurando ter uma solução melhor para lidar com a segurança.

Qual é a importância do ponto de fulgor de um fluido de gerenciamento térmico e como ele afeta outras propriedades?

O ponto de fulgor é fundamental para aplicações específicas para garantir que elas possam ser implementadas com segurança. As regulamentações e a preocupação com o fogo devem ser uma alta prioridade e podem variar dependendo de aplicações específicas para gerenciamento térmico. O ponto de fulgor não é o mesmo que a temperatura de autoignição, ou a temperatura que causa a ignição espontânea.

O ponto de fulgor não afeta diretamente outras propriedades, mas pode ser correlacionado a outros atributos-chave da fluidos térmica que podem afetar desempenho, como transferência de calor, viscosidade e outras propriedades.

Como um fluido formulado se compara a um fluido de óleo base comum em termos de melhoria de desempenho?

A partir de nossos próprios testes de aplicação, vimos uma grande diferença na desempenho de um produto totalmente formulado em comparação com óleos básicos padrão. Essas propriedades do produto podem ter um impacto perceptível para ajudar a atender às principais necessidades do cliente. Por exemplo, testes demonstraram que os produtos formulados pela Lubrizol podem impedir a propagação célula a célula durante a fuga térmica em comparação com fluidos de óleo base que não foram capazes de impedir a propagação.

Qual é a vida útil esperada dos fluidos de refrigeração por imersão e eles precisam de substituição como o refrigerante motor convencional?

Os fluidos de imersão formulados pela Lubrizol são desenvolvidos com a intenção de que sejam "preenchidos por toda a vida" durante a operação de uma bateria.

Qual é a importância da compatibilidade de materiais ao selecionar fluidos de refrigeração por imersão?

A compatibilidade de materiais é uma parte crítica do desenvolvimento de produtos de fluido de imersão. Formulamos especificamente nossos produtos para garantir a maior quantidade de compatibilidade de materiais. This is an area where we are happy to collaborate with potential customers.

Quanto peso adicional um sistema de refrigeração por imersão adiciona ao veículo como um todo?

Espera-se que um sistema de refrigeração por imersão tenha quase o mesmo peso que um sistema resfriado indiretamente usando glicol de água. Os sistemas indiretos usam uma quantidade substancial de alumínio e materiais de interface térmica que não são mais necessários em um sistema de refrigeração por imersão. Como resultado, o peso adicional do líquido refrigerante por imersão é compensado pela redução dos materiais de gerenciamento térmico usados em um sistema indireto. Um bônus é que a lista de materiais e o projeto de engenharia é muito mais simples com um sistema refrigerado por imersão!

Como o envelhecimento do fluido é monitorado para garantir que as características dielétricas sejam mantidas durante toda a vida útil do veículo?

Na Lubrizol, testamos nossos fluidos Evogen™ quanto à durabilidade em nossos testes de envelhecimento acelerado. Esses testes imitam o que se espera que o fluido experimente ao longo da vida útil da bateria. Problemas como corrosão, tensão oxidativa, entrada de água e estabilidade térmica foram testados e verificados como tendo um desempenho ideal.

A Lubrizol identificou sensores de monitoramento de fluidos que podem ser incorporados ao conjunto da bateria para rastrear a saúde do fluido. Trabalhamos diretamente com OEMs para incorporar os sensores na embalagem e identificar os limites de monitoramento em que uma substituição do refrigerante pode ser necessária.

Você tem um exemplo de um teste de fuga térmica realizado em nível de módulo?

We do! Please reach out and we’d be happy to share this information with you.