Castrol și Sprint Power colaborează la un proiect de dezvoltare a celulelor de încărcare ultra-rapidă și a pachetelor de baterii pentru vehicule electrice cu baterii (BEV) și vehicule electrice hibride cu celulă de combustibil (FCHEV). Două module de baterii proiectate de Sprint Power, care vor folosi fluidele termice Castrol ON, vor oferi o încărcare de 80% în doar douăsprezece minute, transformând vehiculele electrice într-o alternativă și mai viabilă pentru persoanele care urmează să treacă la mobilitatea electrificată.
Colaborarea dintre Castrol și Sprint Power este rezultatul Proiectului CELERITAS, un proiect de 9,7 milioane de lire sterline, din care 4,8 milioane de lire sterline acordate prin APC18, care își propune să abordeze preocupările existente ale consumatorilor legate de vitezele de încărcare ale vehiculelor electrice din prezent. Pe lângă Castrol și Sprint Power, consorțiul include BMW, AMTE Power, Clas-SiC și Eltrium.
Sprint Power, cu sediul în Marea Britanie, este lider în sisteme de propulsie electrificate, electronice de putere și sisteme de baterii. A dezvoltat două sisteme de baterii, unul pentru aplicații BEV și unul pentru aplicații hibrid, ambele integrând toate componentele electronice ale sistemului, precum și mai multe protocoale de încărcare pentru a economisi spațiu și greutate. Acestea includ, de asemenea, un convertor integrat de la 800 V la 14 V DC/DC, un sistem de gestionare a bateriei (BMS) de 800 V și capabilități de „răcire directă” – unde celulele sunt imersate într-o soluție de răcire neconductivă.
Castrol furnizează fluidul său termic Castrol ON, creat special pentru aplicații de răcire directă, pentru a se asigura că aceste sisteme de baterii Sprint Power pot fi încărcate mai rapid, asigurând performanță și protecție sporite. De asemenea, Castrol folosește facilitățile sale de ultimă generație de proiectare și testare pentru a se asigura că versiunile finale ale ambelor sisteme de baterii Sprint Power beneficiază de un design optimizat, care poate face față solicitărilor extreme generate de încărcarea ultra-rapidă.
Module avansate de baterie
Modulele de baterie Sprint Power au un design modular, pe blocuri de celule, care poate fi adaptat pentru o gamă de aplicații diferite, de la vehicule sport până la vehicule electrice cu decolare și aterizare verticală (eVTOL).
Modulul de baterie hibrid a fost conceput pentru a se potrivi unei potențiale aplicații FCEV, cu un design optimizat, care vizează un raport putere/greutate de 3kW/kg, excluzând convertorul CC/CC. Modulul poate furniza 5 kWh de energie utilizabilă, cu o rată maximă de încărcare/descărcare de 230 kW (105 kW continuu). Atunci când este adaptat pentru o potențială aplicație de vehicul sport, acesta crește la o valoare de 76 kWh de energie utilizabilă, cu o rată maximă de încărcare/descărcare de 800 kW (700 kW continuu).
Un convertor integrat unidirecțional de la 800 V la 14 V CC/CC gestionează o putere maximă de 3,5 kW într-un pachet de putere compact și dens, de 0,8 kW/litru. Ca și în cazul fiecărui element al modulului de baterie al Sprint Power, convertorul CC/CC a fost proiectat pentru a fi foarte eficient, cu o eficiență maximă de 97%.
În cadrul modulului este încorporat BMS-ul principal al Sprint Power, care dispune de un microcontroler de siguranță pentru asistență de securitate cibernetică, capacitate de diagnoză a erorilor și capacitatea de a susține standardele de încărcare CHAdeMO sau CCS. Sistemul poate furniza o tensiune de 8-16 V și a fost testat pentru funcționare la temperaturi cuprinse între -400 Celsius și 850 Celsius. Un al doilea BMS oferă asistență configurabilă pentru diferite dimensiuni de module de baterie care încorporează între 5-12 celule.
Expertiza fluidului Castrol
Marea majoritate a modulelor de baterii VE de astăzi este gestionată termic, folosind fluide de răcire pe bază de apă-glicol care circulă prin tranșee predefinte, reglând astfel temperatura celulelor. Prin comparație, modulele de baterie dezvoltate în cadrul Proiectului CELERITAS folosesc fluidul termic Castrol ON, un fluid dielectric inovator care circulă în interiorul modulului și intră în contact direct cu celulele individuale ale bateriei, mărind astfel suprafața de disipare termică. Acest lucru permite o încărcare mai rapidă și îmbunătățiri semnificative ale gestionării termice în toate condițiile de funcționare, la temperaturi ambientale ridicate sau scăzute, pentru o durată de viață mai lungă a bateriei.
Prin răcirea directă a celulelor individuale ale bateriei, fluidul dielectric Castrol va ajuta, de asemenea, la evitarea riscului de „instabilitate termică”, unde temperaturile ridicate provoacă defecțiuni ireversibile ale celulelor individuale ale bateriei ca urmare a supraîncărcării sau scurtcircuitului. Instabilitatea termică poate duce, de asemenea, la propagare termică, unde căldura din celula deteriorată este transferată prin convecție și conducție către celulele adiacente, un proces care poate duce la o defecțiune catastrofală a întregului modul de baterii. Cu sisteme directe de răcire este mai puțin probabil să apară vârfuri de temperatură la celulele individuale, iar dacă apar, acestea pot fi eliminate de la sursă – spre deosebire de fluidele de răcire uzuale, utilizate în sistemele cu răcire indirectă.
Simulare și testare amplă
Experiența amplă în proiectare și simulare a Castrol a permis ambelor părți să înțeleagă mai bine cum va curge fluidul dielectric Castrol prin modulele bateriei. Acest lucru a permis echipei Sprint Power să optimizeze designul modulului bateriei pentru o performanță termică îmbunătățită. De asemenea, testarea pe simulatoare va permite echipei să testeze instabilitatea termică încă din faza de proiectare a bateriilor.
Testele optimizate de dinamică a fluidelor vor ajuta apoi Castrol să identifice potențiale îmbunătățiri pentru viitoarele produse ON.
Laboratorul Castrol de testare a bateriilor de înaltă tehnologie va fi folosit pentru a testa prototipurile funcționale de la începutul anului 2023, pentru a se asigura că oferă performanța, durabilitatea și siguranța necesare. Unitatea are capacitatea de a testa pachetele de baterii la temperaturi cuprinse între -40 grade Celsius și 85 grade Celsius și până la un vârf de 1.200 Vcc și 600 kW.
Castrol și Sprint Power își vor prezenta cele mai recent dezvoltate produse pe un stand comun la Cenex-LCV, un eveniment care își propune să poziționeze Marea Britanie ca lider în dezvoltarea tehnologiei cu emisii reduse de carbon, la Millbrook Proving Ground, între 7 și 8 septembrie. Sprint Power va profita de acest eveniment pentru a prezenta un model 3D al designului actualizat al modulului bateriei, în urma rezultatelor obținute din studiile extinse de simulare ale Castrol. Vizitatorii evenimentului vor putea localiza Castrol și Sprint Power pe standul C3-608.
