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Jul 11, 2023

Standard e metodi proposti per la verifica delle perdite del litio

I sistemi di batterie agli ioni di litio sono una fonte di energia per una varietà di applicazioni per veicoli elettrici grazie alla loro elevata densità di energia e alle basse velocità di scarica. Pacchi batterie, siano essi prismatici,

I sistemi di batterie agli ioni di litio sono una fonte di energia per una varietà di applicazioni per veicoli elettrici grazie alla loro elevata densità di energia e alle basse velocità di scarica. I pacchi batteria, siano essi costituiti da celle prismatiche, cilindriche o a sacchetto, vengono raffreddati dai comuni sistemi di gestione termica del settore automobilistico.

Il rilevamento rapido delle perdite del sistema di raffreddamento del pacco batteria durante le operazioni di produzione è essenziale per soddisfare i necessari requisiti di sicurezza e durata. Tuttavia, attualmente non esistono standard di settore per la misurazione dei tassi di perdita sia per i sistemi di raffreddamento a base di glicole che a quelli a base di refrigerante.

Questo articolo discute come le perdite nei circuiti di raffreddamento acqua-glicole possano essere rilevate in modo affidabile e quantitativo attraverso il rilevamento del gas di prova che fuoriesce come indicatore di perdite di glicole etilenico e come i tassi di perdita del gas di prova sono correlati alla perdita del liquido di raffreddamento. Vengono prese in considerazione le variabili d'influenza quali il diametro del canale di perdita, la differenza di pressione e la viscosità, e vengono descritti i tassi di perdita passa/non passa.

In questo documento vengono considerati i requisiti di tenuta necessari in un circuito di raffreddamento che non funziona con acqua pura, ma con una miscela di acqua e glicole. Due tipiche applicazioni automobilistiche sono il raffreddamento del blocco motore in un motore a combustione interna e il circuito di raffreddamento in una scatola batteria di trazione per il raffreddamento delle celle della batteria.

Il requisito della tenuta del circuito del liquido di raffreddamento nel blocco motore è definito meno critico del requisito del circuito di raffreddamento della trazione e dell'involucro della batteria. Nel caso applicativo del blocco motore da raffreddare, la perdita di liquido refrigerante non deve superare i limiti specifici prima di ogni eventuale rifornimento richiesto. Nel caso dell'applicazione per il raffreddamento di un involucro di batterie, i requisiti sono definiti in modo molto più critico. In questo caso è necessario evitare danni o cortocircuiti alle celle della batteria. Una perdita di liquido refrigerante dal circuito di raffreddamento può causare un incendio della batteria.

Indipendentemente dalla tenuta richiesta in ogni rispettiva applicazione per quanto riguarda la perdita di liquido, è necessario definire un requisito di tenuta durante la prova di tenuta con gas di prova. In questo documento viene ricavata la sezione trasversale o il diametro più piccolo accettabile di un canale di perdita per il glicole refrigerante e viene fornito il valore del tasso di perdita da assegnare per la prova di perdita del gas di prova. Rispetto ai requisiti relativi a IP67, nel caso applicativo di un circuito di raffreddamento occorre considerare tre differenze essenziali.

Nel circuito del refrigerante in condizioni operative prevale una sovrapressione fino a 5 bar, mentre i requisiti per IP67 considerano generalmente una forza effettiva sul canale di perdita corrispondente ad una differenza di pressione di 1100 mbar contro 1000 mbar. All'aumentare della differenza di pressione sul canale di perdita, il tasso di perdita aumenta corrispondentemente con la stessa geometria del canale di perdita e perdite di fluido significativamente maggiori rispetto alle condizioni di prova IP67 e quindi i requisiti per i criteri di prova per testare un circuito di raffreddamento devono essere definiti in modo più rigoroso.

Inoltre, durante il funzionamento la temperatura nel circuito del refrigerante aumenta notevolmente, il che a sua volta influisce sulla viscosità del fluido. All’aumentare della temperatura la viscosità diminuisce, il che a sua volta aumenta il tasso di perdita.

La differenza di temperatura tra la temperatura ambiente e la temperatura di esercizio nel circuito del refrigerante modifica la viscosità fino a un ordine di grandezza, il che aumenta corrispondentemente il tasso di perdita.

In terzo luogo, la proprietà della tensione superficiale o dell'angolo di bagnatura del liquido in un canale di perdita e nella sua parete influenza la geometria del canale di entrambi i flussi di perdita, che possono essere impediti a causa del blocco del canale di perdita. Pertanto, quando si impostano i limiti di rifiuto per la prova di tenuta, è necessario considerare le proprietà del mezzo liquido utilizzato.

L'ostruzione di un canale di perdita con un liquido, ad esempio una miscela acqua-glicole, dipende principalmente dalla tensione superficiale (σ), dall'angolo di contatto (θ) tra il materiale allo stato solido e il fluido e dalla massima sovrapressione (p ).