Castrol och Sprint Power i projektsamarbete

Snabbladdade batterimoduler för el- och hybridfordon

· Samarbetspartnern CELERITAS, ett teknikcenter för avancerade framdrivningssystem (Advanced Propulsion Centre, APC), finansierar projektet som har syftet att utveckla lösningar för ultrasnabb laddning av el- och bränslecellshybridfordon

· Batterimodulerna som utvecklas av Sprint Power bygger på direktkylning med all systemelektronik och flera laddningsprotokoll vilket sparar utrymme och vikt

· Castrol ON EV kylvätska bidrar till att batterierna kan laddas snabbare och ger högre prestanda och bättre skydd*

· Castrols högteknologiska modellerings-, simulerings- och testanläggning utnyttjas för att testa den slutliga konstruktionens prestanda

Castrol och Sprint Power samarbetar i ett projekt för att utveckla snabbladdade battericeller och batteripaket för eldrivna fordon (BEV) och bränslecellshybridfordon (FCHEV). Två batterimoduler som utvecklas av Sprint Power kommer att användas med Castrol ON EV kylvätska och kunna laddas upp till 80 % på bara tolv minuter, vilket gör elbilar till ett ännu mer praktiskt alternativ för dem som vill byta till elektrifierad mobilitet.

Samarbetet mellan Castrol och Sprint Power är ett resultat av CELERITAS-projektet med en budget på 9,7 miljoner pund varav 4,8 miljoner pund finansieras genom APC18, som syftar till att lösa befintliga konsumentproblem med anknytning till laddningstiden för dagens elfordon. I konsortiet ingår förutom Castrol och Sprint Power även BMW, AMTE Power, Clas-SiC och Eltrium.

Storbritannien-baserade Sprint Power är ett ledande företag inom elektrifierade framdrivningssystem, kraftelektronik och batterisystem. Man har utvecklat två batterisystem, ett för BEV-applikationer och ett för hybridapplikationer, som båda innehåller all systemelektronik och flera laddningsprotokoll för att spara utrymme och vikt. Batterisystemet innefattar också inbyggd omvandling från 800 V till 14 V DC/DC, ett batterihanteringssystem (Battery Management System, BMS) och direktkylning där cellerna omges av en icke-ledande kylmedelslösning.

Castrol erbjuder kylvätskan Castrol ON EV, som har utvecklats speciellt för direktkylda system och möjliggör snabbare laddning av Sprint Powers batterisystem, och ger högre prestanda och bättre skydd. Castrol bistår även med sin toppmoderna modellerings- och testanläggning för utprovning av Sprint Powers batterisystem med en slutlig konstruktion som klarar de större påfrestningar som ultrasnabb laddning orsakar.

Avancerade batterimoduler
Batterimodulerna från Sprint Power omfattar en modulär cellblocksstruktur som kan anpassas för en rad olika applikationer, från sportbilar till elektriska (eVTOL) applikationer för vertikal start och landning.

Hybridbatterimodulen har utformats för att passa en potentiell FCEV-applikation, i ett utförande för optimalt effekt/viktförhållande på 3 kW/kg, exklusive DC/DC-omvandlare. Modulen kan leverera 5 kWh användbar energi, med maximal laddeffekt/urladdningseffekt på 230 kW (105 kW kontinuerligt). Anpassad för en potentiell sportbilstillämpning ökar detta till 76 kWh användbar energi, med maximal laddeffekt/urladdningseffekt på 800 kW (700 kW kontinuerligt).

En integrerad dubbelriktad omvandlare mellan 800 V och 14 V DC/DC klarar en maximal uteffekt på 3,5 kW i ett kompakt paket som ger 0,8 kW/liter. Som alla komponenter i Sprint Powers batterimodul, har DC/DC-omvandlaren utformats för att vara mycket effektiv, med en maximal effektivitet på 97 %.

I Sprint Powers batterimodul sitter ett BMS-system med säkerhetsstyrning som stödjer cybersäkerhet, feldiagnostik och laddningsstandarderna CHAdeMO och CCS. Systemet levererar en spänning på 8–16V och har testats för driftstemperatur mellan -40 och 85 grader Celsius. Ett slav-BMS ger konfigurerbart stöd för olika storlekar av batterimoduler, med 5–12 celler.

Castrols flytande expertis
De allra flesta av dagens batterimoduler för elfordon kyls med en vatten/glykol-blandning som leds i kanaler som avleder värme från battericellerna. Som jämförelse används Castrol On EV för batterimodulerna som har utvecklas i CELERITAS-projektet kylvätskan. Castrol ON EV är en innovativ dielektrisk vätska som cirkulerar i modulen och kommer i direkt kontakt med enskilda battericeller, vilket ökar värmeavledningsförmågan. Detta möjliggör snabbare laddning1 och betydande förbättringar av värmeavledningen i en rad driftsförhållanden2, vid hög och låg omgivningstemperatur med förlängd batterilivslängd 3.

Genom direkt kylning av enskilda battericeller bidrar Castrols dielektriska kylvätska också till minskad risk för självupphettning, där hög temperatur orsakar fel som inte kan åtgärdas på enskilda battericeller till följd av överladdning eller kortslutning. Självupphettning kan också leda till spontant ökande uppvärmning där värme från en skadad cell överförs via konvektion och ledning till intilliggande celler, en process som potentiellt kan leda till katastrofala fel på hela batterimodulen. Med direktkylningssystem är temperaturtoppar i enskilda celler mindre sannolika, och kan om de inträffar, åtgärdas vid källan till skillnad från med kylmedel i indirekt kylda system.

Omfattande simulering och testning
Castrols omfattande expertis inom modellering och simulering har gjort det möjligt för båda parter att bättre förstå hur Castrols dielektriska vätska kommer att flöda i batterimodulerna. Genom detta har Sprint Power-teamet kunnat förfina batterimodulernas konstruktion för bättre värmeavledning. Genom simulering kommer teamet också att kunna testa för självupphettning.
Med optimerade vätskedynamiska provningar kommer sedan Castrol att kunna hitta möjliga förbättringar för framtida ON-produkter.

Castrols högteknologiska batteritestcellsanläggning kommer att användas för provning av fungerande prototyper från början av 2023 för att verifiera att de uppfyller kraven på prestanda, hållbarhet och säkerhet. Vid anläggningen finns kapacitet för provning av batteripaket vid temperatur från -40 till 85 grader Celsius, och med spänning upp till 1 200 V DC och en effekt på 600 kW.

* jämfört med indirekt kylda batterisystem

Mer information finns på Sprint Powers webbplats (www.sprint-power.com).

2022-09-23 - Industritorget