Batterietemperierung mit Phasenwechselmaterialien

Batterietemperierung mit Phasenwechselmaterialien

Batteriezellen eingebettet in Phasenwechselmaterial.
© Fraunhofer ISE
Batteriezellen eingebettet in Phasenwechselmaterial.

Das Exponat zeigt eine Anordnung von 4 Batteriezellen in einem am Fraunhofer ISE entwickelten formstabilisierten Phasenwechselmaterial (engl. phase change material, PCM). Mit dem PCM lässt sich eine passive Temperierung der Batterien erreichen. Das PCM speichert im Betrieb die Abwärme der Batteriezellen durch Schmelzen nahezu isotherm ein. In Ruhe- oder Schwachlastphasen wird die gespeicherte Wärme bei der Kristallisation an die Umgebung und die Batterien wieder abgegeben. Dabei bleibt die Temperatur des PCMs annähernd konstant, wodurch eine effektive Temperierung der Batterien erreicht wird.
Neben der konstanten Temperatur beim Phasenwechsel ist die hohe Speicherdichte und -kapazität des PCMs ein entscheidender Vorteil. Das entwickelte Material besitzt eine Schmelzwärme von ca. 140 kJ/kg. Zum Vergleich: flüssiges Wasser müsste für die gleiche Speicherkapazität um ca. 33K erwärmt werden.
Um das Material beim Phasenwechsel an den Batterien zu halten, wird es formstabilisiert und zu einem Verbundmaterial verarbeitet. Der Phasenwechsel erfolgt entsprechend nur innerhalb des Verbundmaterials. Eine Verkapselung wie bei üblichen PCM-Anwendungen ist nicht notwendig.
Das entwickelte Verbundmaterial ist insbesondere dafür geeignet, Temperaturspitzen und -schwankungen zu reduzieren, und um eine homogenere Temperaturverteilung in einem Batteriemodul zu erreichen.