EV 대시보드의 온도를 낮추는 새로운 복합 재료

새로운 폴리머 합성물은 미래의 EV에서 다양한 기능과 최종 용도를 가질 수 있습니다.
출처:http://xeric.eu/wp-content/uploads/4_Steiner.pdf

독일에서 전기 자동차가 추진력을 얻고 있습니다. Fraunhofer Institute for Structural Durability and System Reliability(Fraunhofer LBF, Darmstadt, Germany)가 7월에 보고한 바에 따르면 전기 자동차(EV)의 수는 2017년 93,000대로 거의 두 배 증가했습니다. Paul은 "전기 자동차의 판매를 더욱 늘리려면 주행 거리와 같은 성능을 최적화할 뿐만 아니라 탑승자의 편안함을 높이는 것이 필요합니다. 무엇보다 여기에는 차량 내부의 현명하고 고객 지향적인 열 관리가 포함됩니다"라고 말합니다. Fraunhofer LBF에서 최적화된 에너지 관리 및 사용(OPTEMUS) 연구 프로젝트를 이끌고 있는 Becker.

OPTEMUS의 하위 목표는 대시 표면에서 태양 복사로 인해 발생하는 열을 분산시키기 위해 EV 대시보드용 새로운 재료를 개발하는 것이었습니다. Fraunhofer LBF는 EV 냉각 시스템과 통합된 흑연 충전 폴리에틸렌(PE) 복합 재료를 개발하여 이 문제를 해결했습니다. 팀은 46%의 온도 감소를 달성하고 에어컨 시스템을 작동하는 데 필요한 에너지를 줄여 차량 범위에 이점을 제공했습니다.

옵테무스

대규모 회사 팀이 지원하는 EU 자금 지원 프로젝트인 OPTEMUS는 전기 자동차(EV)의 광범위한 채택에 대한 가장 큰 장벽 중 하나인 전기 배터리의 제한된 저장 용량으로 인한 범위 제한을 극복하는 것을 목표로 합니다. 2015년 6월에 시작하여 내년 2월에 마무리되는 OPTEMUS는 지능형 제어와 결합된 다수의 혁신적인 핵심 기술과 보완 기술을 개발할 계획입니다.

시연자는 A-세그먼트 EV(Fiat 500e)입니다. 아래 나열된 기술의 가상 프로토타이핑과 결합된 이 실제 프로토타입은 다음 목표를 보여줍니다.

• 구성 요소 냉각을 위한 에너지 소비량 최소 32% 감소 및 승객 편의를 위한 에너지 소비량 60% 감소
• 추진력을 위한 추가 15% 에너지 감소
• 에너지 감소를 통해 극한의 기상 조건에서 주행 거리를 늘릴 수 있습니다.> 더운 환경에서는 44km(38%), 추운 환경에서는 63km(70%)가 됩니다.

상 변화 물질로서의 합성물

상 변화 재료(PCM)는 건물, 전자 제품 및 현재 자동차에 사용하기 위해 10년 넘게 개발되었습니다. PCM은 이 상 변화 동안 많은 양의 에너지를 저장하거나 방출할 수 있는 능력을 지닌 특정 온도에서 녹고 응고되는 물질입니다. 고체 기체 및 액체 기체 PCM도 조사되었습니다. PCM은 유기 또는 무기 화합물일 수 있지만 일반적으로 흑연이 들어가는 전도성 필러를 포함합니다. 다른 PCM은 탄소 나노튜브(CNT)를 사용합니다.

복합체는 상 변화 재료로 개발 중입니다. 흑연, 그래핀 및 다중벽 탄소 나노튜브(MWCNT)를 사용하는 (PCM).
출처:steemkr.com/science(왼쪽) 및 International Journal of Heat and Mass Transfer, Volume 120 , 2018년 5월, ScienceDirect.com의 33-41페이지(오른쪽)

Fraunhofer LBF 연구원들은 질화붕소 및 흑연과 같은 다양한 캐리어 재료 및 충전제를 실험했습니다. 그들은 이미 자동차 내장재에 일반적으로 사용되는 폴리머인 폴리에틸렌으로 만들어진 기판과 필러로 흑연으로 마감되었습니다. 흑연은 복합 재료에 매우 우수한 열 전도성과 빠른 열 분산 및 우수한 에너지 저장 기능을 제공한다고 보고되었습니다.

그라파이트/PE 복합 PCM의 작동 원리는 OPTEMUS의 "스마트 커버 패널" 수준 내에서 완료되었습니다. 새로운 재료의 이점을 입증하기 위해 연구원들은 이를 Fiat 500e 프로토타입의 대시보드에 통합하고 가열 및 냉각 단계를 순환했습니다. 냉각은 외부 팬에 의해 차례로 냉각되는 전열 변환기인 Peltier 요소에 의해 제공되었습니다. 펠티에 소자와 EV 라디에이터를 위한 에너지는 태양광 전지로 구동되는 추가 12볼트 배터리에서 나옵니다.

흑연/폴리프로필렌 Fiat 500e 프로토타입 차량의 대시보드에 설치된 합성 PCM.
출처:Fraunhofer LBF

LBF 연구원들은 가열과 냉각 사이의 상전이 동안 방출된 에너지를 사용하여 특정 기간 동안만 펠티에 소자를 켭니다. 따라서 팬이 지속적으로 최대 전력으로 작동하지 않습니다. 냉각 시스템은 적절한 조절을 통해 재료의 온도와 연결됩니다. Fraunhofer는 이것이 전자 부품의 기대 수명을 연장할 것이라고 믿습니다. Smart Cover Panel은 실제로 태양광 자체에 의해 제어되므로 더운 여름에만 냉각이 시작되고 겨울에는 대시보드에 따뜻함이 남아 있습니다.

Fraunhofer LBF의 새로운 복합 PCM은 기존 대시보드에 사용된 폴리프로필렌-활석 화합물과 실험적으로 비교되었습니다. 1200watts/m2 에 1000초 동안 노출된 후 복사력의 경우 시편 표면의 온도차는 약 41°C로 온도가 46% 감소한 것과 같습니다.

Fraunhofer LBF 달성 대시보드에서 새로운("neu") 흑연/PE 복합 PCM을 사용하여 기존의 폴리프로필렌-활석 대시보드 화합물과 비교하여 46% 온도 감소. 출처:Fraunhofer LBF.