En elbil er – som så meget andet elektronik – afhængig af at få konverteret strøm, så energien i bilens batteri bliver transformeret fra jævnstrøm til vekselstrøm, der er nødvendig for at drive den 3-fasede elmotor. Det sker i et såkaldt power modul, hvor den kraftfulde energikonvertering skaber høje temperaturer i elektronikken og derfor kræver afkøling.
Forskere på DTU vil nu undersøge, om det kan lade sig gøre at koble kølingen af power modulet med airconditionanlægget, så energien fra kølingen anvendes til at opvarme elbilen. Samtidig vil anvendelsen af fordampning af kølemidlet fra airconditionanlægget også forøge køleeffekten betydeligt sammenlignet med det nuværende væskebaserede kølesystem. Arbejdet sker i tæt samarbejde med Danfoss, der har en produktion af power moduler til elbiler.
– Der vil være flere fordele ved at anvende kølemidlet fra airconditionanlægget til at køle power modulet. Den største er, at vi vil kunne opnå en mere effektiv køling, så modulerne kan fremstilles mindre og billigere og med en højere energitæthed, siger seniorforsker Martin Ryhl Kærn, DTU Mekanik, der står i spidsen for projektet.
– Desuden kan opbygningen af elbiler blive mindre kompleks, hvis de fremover ikke skal rumme både aircondition og det nuværende kølesystem til power modulet, fortsætter Martin Ryhl Kærn.
Det er kendt fra forskningen i varmetransmission, at varme fjernes mere effektivt ved fordampning af et kølemiddel frem for køling med luft eller væske. Når kølemidlet fordampes i en mikrokanal, dannes overophedede gasbobler på overfladen af væggen. De skydes ud i væskestrømningen med høj frekvens, hvilket giver en særdeles høj varmeovergang.
Hvordan den bedste fordampning opnås, er dog endnu ikke klart. Forskerne skal derfor i den kommende tid undersøge, hvordan fordampningseffektiviteten kan optimeres ved at ændre på udformningen af de små mikrokanaler og overfladestrukturer på væggene, så dannelse af bobler og bobbelfrekvens intensiveres.
– Mikrokanalerne er omkring 0,2 mm brede, 1,2 mm høje og 10 mm lange og kan udformes på et utal af måder. Det er faktisk kun fantasien, der sætter grænserne. Vores opgave er derfor at finde frem til den bedst mulige udformning og struktur af væggene, der i køleeffekt skal overgå det, andre hidtil har udviklet, siger Martin Ryhl Kærn.
Med den rette udformning af mikrokanalerne forventer forskerne at kunne nå en forbedring på 4-8 gange af det nuværende state-of-the art væskebaserede kølesystem.
Danfoss har for knap 10 år siden taget patent på ideen om at integrere kølingen af power modulet i airconditionanlægget og ser frem til resultaterne af projektet.
– Det er af stor betydning for os at kunne bidrage med ny teknologi til at gøre elbiler både billigere og mere energieffektive, så transportområdet hurtigere kan blive uafhængigt af fossile brændstoffer. Her er bidraget fra DTU-forskerne væsentligt, så vi kan forstå principperne i termodynamikken, før vi udarbejder nye og forbedrede power moduler, siger Klaus Olesen, Senior Research Specialist hos Danfoss.
Danfoss er allerede i dialog med fabrikanter af elbiler, der er interesseret i kommende power moduler, som køles ved hjælp af aircondition-systemet og samtidig sikrer en bedre udnyttelse af energien i elbilen, så den kan køre længere på en opladning.
Kontakt:
Martin Ryhl Kærn, mail: pmak@mek.dtu.dk
