Новый композитный материал снижает температуру приборной панели электромобиля

Новые полимерные композиты могут иметь множество функций и конечных применений в будущих электромобилях.
ИСТОЧНИК:http://xeric.eu/wp-content/uploads/4_Steiner.pdf

Электромобильность набирает обороты в Германии. По данным Института прочности конструкций и надежности систем им. Фраунгофера (Fraunhofer LBF, Дармштадт, Германия) в июле, количество электромобилей (EV) почти удвоилось в 2017 году до 93 000. «Для дальнейшего увеличения продаж электромобилей необходимо не только оптимизировать характеристики, например запас хода, но и повысить комфорт пассажиров. Среди прочего, это включает разумное и ориентированное на клиента управление температурным режимом в салоне автомобиля», - говорит Пол. Беккер, возглавляющий исследовательский проект «Оптимизированное управление и использование энергии» (OPTEMUS) в Fraunhofer LBF.

Подцелью OPTEMUS была разработка новых материалов для приборной панели электромобиля для отвода тепла, вызванного солнечным излучением от поверхности приборной панели. Компания Fraunhofer LBF решила эту проблему, разработав композитный материал из полиэтилена (PE) с графитовым наполнением, который интегрирован с системой охлаждения электромобиля. Команда добилась снижения температуры на 46% и снизила потребление энергии, необходимой для работы системы кондиционирования воздуха, что, в свою очередь, принесло пользу моделям автомобилей.

ОПТЕМУС

Проект OPTEMUS, финансируемый ЕС и поддерживаемый большой командой компаний, направлен на преодоление одного из самых серьезных препятствий для широкого внедрения электромобилей:ограничение дальности полета из-за ограниченной емкости аккумуляторов. Компания OPTEMUS, начавшая свою работу в июне 2015 года и завершившаяся в феврале следующего года, намеревается разработать ряд инновационных базовых технологий и дополнительных технологий в сочетании с интеллектуальным управлением.

Демонстратор - электромобиль A-сегмента (Fiat 500e). Этот реальный прототип в сочетании с виртуальным прототипом технологий, перечисленных ниже, продемонстрирует следующие цели:

• Минимум 32% снижение энергопотребления для охлаждения компонентов и 60% для комфорта пассажиров.
• Дополнительное снижение энергии на 15% для тяги.
• Снижение потребления энергии позволяет увеличить дальность поездки в экстремальных погодных условиях> 44 км (38%) в жаркую погоду и 63 км (70%) в холодную погоду.

Композиты как материалы с фазовым переходом

Материалы с фазовым переходом (PCM) разрабатывались более десяти лет для использования в зданиях, электронике, а теперь и в автомобилях. ПКМ - это материалы, которые плавятся и затвердевают при определенных температурах и обладают способностью накапливать или выделять большое количество энергии во время этого фазового перехода. Обратите внимание, что PCM твердое тело-газ и жидкость-газ также были исследованы. PCM могут быть органическими или неорганическими соединениями, но обычно включают проводящий наполнитель, в котором используется графит. В других PCM используются углеродные нанотрубки (УНТ).

Композиты разрабатываются как материалы для изменения фазы. (PCM) с использованием графита, графена и многослойных углеродных нанотрубок (MWCNT).
ИСТОЧНИК:steemkr.com/science (слева) и International Journal of Heat and Mass Transfer, Volume 120 , май 2018 г., страницы 33–41 на сайте ScienceDirect.com (справа).

Исследователи Fraunhofer LBF экспериментировали с различными материалами-носителями и наполнителями, такими как нитрид бора и графит. В итоге они получили подложку из полиэтилена, полимера, уже широко используемого в автомобильных интерьерах, и графита в качестве наполнителя. Сообщается, что графит придает композиту очень хорошую теплопроводность и быстрое рассеивание тепла, а также отличное накопление энергии.

Принципы работы композитного PCM графит / полиэтилен были определены в рамках раздела OPTEMUS "Smart Cover Panel". Чтобы продемонстрировать преимущества нового материала, исследователи включили его в приборную панель прототипа Fiat 500e и включили в цикл фазы нагрева и охлаждения. Охлаждение обеспечивали элементы Пельтье - электротермические преобразователи, охлаждаемые, в свою очередь, внешними вентиляторами. Энергия для элементов Пельтье и радиатора электромобиля поступает от дополнительной 12-вольтовой батареи, питаемой от фотоэлементов.

Графит / полипропилен композитный PCM установлен в приборную панель прототипа Fiat 500e.
ИСТОЧНИК:Fraunhofer LBF

Исследователи LBF использовали энергию, выделяющуюся во время фазового перехода между нагревом и охлаждением, для включения элементов Пельтье только на определенный период времени. Таким образом, вентиляторы не работают постоянно на максимальной мощности. Система охлаждения связана с температурой материала посредством соответствующего регулирования. Фраунгофер считает, что это продлит срок службы электронных компонентов. Панель Smart Cover Panel фактически контролируется солнечным светом, а это означает, что охлаждение начинается только в жаркие летние дни, а тепло остается на приборной панели зимой.

Новый композитный PCM Fraunhofer LBF был экспериментально сравнен с компаундом полипропилен-тальк, используемым в обычных информационных панелях. После 1000 секунд воздействия 1200 Вт / м ² излучаемой мощности разница температур на поверхности образцов составляла примерно 41 ° C, что соответствует снижению температуры на 46%.

Фраунгофер LBF достигнут Снижение температуры на 46% с использованием нового («neu») композитного PCM графита / полиэтилена в приборной панели по сравнению с обычным компаундом для приборной панели из полипропилена и талька. ИСТОЧНИК:Fraunhofer LBF.