Инновационный композит снижает температуру приборной панели ЭМ, повышая эффективность

Электромобильность набирает обороты в Германии. Fraunhofer LBF (Дармштадт) сообщает: количество электромобилей (ЭМ) почти удвоилось в 2017 г. до 93 000. «Для дальнейшего роста продаж ЭМ нужно не только оптимизировать характеристики (запас хода), но и повышать комфорт пассажиров. В том числе разумное и клиентоориентированное тепловое управление в салоне», — Павел Беккер, руководитель проекта OPTEMUS в Fraunhofer LBF.

Подзадача OPTEMUS: материалы для приборной панели

Разработан графит-наполненный полиэтиленовый (PE) композит, интегрированный с системой охлаждения ЭМ. Команда достигла снижения температуры на 46% и снизила энергию для работы кондиционера, что увеличивает запас хода.

Проект OPTEMUS

ЕС-проект большой командой компаний, старт июнь 2015, завершение февраль 2019. Цель — преодолеть главный барьер массового внедрения ЭМ: ограничение запаса хода из-за ограниченной емкости батарей. Разработка инновационных ключевых и дополнительных технологий с интеллектуальным управлением.

Демонстратор — А-сегмент ЭМ (Fiat 500e). Реальный прототип + виртуальное прототипирование демонстрируют цели:

• Минимум 32% снижение энергопотребления для охлаждения компонентов и 60% для комфорта пассажиров
• Дополнительные 15% экономии энергии для тракции
• Экономия энергии дает увеличение запаса хода в экстремальных условиях >44 км (38%) в жару и 63 км (70%) на холоде

Композиты как материалы фазового перехода (PCM)

PCM разрабатываются десятилетие для зданий, электроники, теперь авто. PCM — материалы, плавящиеся и затвердевающие при определенных температурах, способные накапливать/освобождать большие объемы энергии при фазовом переходе. Исследовались также твердо-газовые и жидко-газовые PCM. Обычно органические или неорганические соединения с проводящим наполнителем — сюда и попадает графит. Другие используют углеродные нанотрубки (CNT).

Fraunhofer LBF экспериментировал с разными носителями и наполнителями (нитрид бора, графит). Остановились на субстрате из полиэтилена (полимер, уже широко используемый в автоинтерьерах) и графите. Графит дает композиту отличную теплопроводность, быстрое рассеивание тепла и высокую накопленную энергию.

Принцип работы графит/PE композита PCM

Реализован в части «Smart Cover Panel» проекта OPTEMUS. Для демонстрации материал интегрирован в приборную панель прототипа Fiat 500e и прогонялся через циклы нагрева/охлаждения. Охлаждение — пельтье-элементы (электротермические преобразователи), охлаждаемые внешними вентиляторами. Энергия для Пельтье и радиатора ЭМ от доп. 12-вольтовой батареи, заряжаемой фотоэлементами.

Исследователи использовали энергию, выделяемую при фазовом переходе нагрева/охлаждения, для включения Пельтье-элементов только на определенное время. Вентиляторы не работают постоянно на макс. мощности. Система охлаждения связана с температурой в материале соответствующим регулированием. Fraunhofer считает, это продлит жизнь электронным компонентам. Smart Cover Panel управляется самим солнечным светом: охлаждение включается только в жаркие дни, зимой тепло сохраняется в панели.

Экспериментальное сравнение нового композита PCM с полипропиленово-тальковым композитом обычных приборных панелей. После 1000 сек облучения 1200 Вт/м² разница температур на поверхности ~41 °C, что соответствует 46% снижению температуры.