Total Energies Lubrifiants, der Schmierstoffarm des französischen Energiegiganten Total, hat einen Renault Megane E-Tech mit einem tauchgekühlten Akku ausgestattet, der ein neues Fluid namens Cell Shield verwendet – und soll die Ladezeiten des Elektrofahrzeugs halbiert und die Reichweite um 6% verlängert haben.
Die Tauchkühlung ist ein bequem offensichtlicher Begriff: die Temperatur von etwas durch Eintauchen in eine Flüssigkeit zu senken.
Aber bei elektrischen Komponenten ist das nicht so einfach, wie es klingt, denn das Einführen von wasserbasiertem Fluid in die Schaltkreise eines elektrischen Geräts verursacht einen Kurzschluss und sofortige Zerstörung. Deshalb sind die Akkus von Elektrofahrzeugen wasserdicht.
Bei einem Verbrennungsmotor wird die Wärme durch die Wände der Zylinder und Brennkammern in das durch Kanäle fließende Wasser geleitet. Dieses Wasser durchläuft den Kühler (einen Wärmetauscher) und wird von kühler Luft, die durch ihn strömt, abgeführt.
Es handelt sich um eine Form der Tauchkühlung, bei der die Wärme direkt vom heißen Metall des Motors auf das Wasser im Kühlsystem übertragen wird.
Bei elektronischen Geräten wird die Wärme entweder direkt an die Luft abgegeben oder bei Komponenten, die sehr heiß werden, wie einem Computerprozessorchip oder einer EV-Akku-Zelle, an einen Kühlkörper übertragen, der wiederum durch Luft oder eine Flüssigkeit gekühlt wird.
Beide Methoden sind effektiv, aber das Eintauchen des heißen Bauteils in eine Kühlflüssigkeit ist effektiver.
Allerdings wird dafür eine spezielle Flüssigkeit benötigt. In der Elektronik ist eine dielektrische Flüssigkeit eine, die keinen Strom leitet. Dies ist kein neues Konzept, das seit vielen Jahren in der Stromverteilungsausrüstung wie Transformatoren verwendet wird, hauptsächlich als spezieller Typ eines elektrischen Isolators.
EV-Akku-Zellen sind normalerweise auf einem Kühlkörper montiert, durch den Kühlmittel fließt, das jedoch nicht tatsächlich mit den Zellen in Kontakt kommt. Das vollständige oder teilweise Eintauchen in eine dielektrische Flüssigkeit ist effektiver, da die Wärme direkt von den Zellen in die Flüssigkeit abgeleitet wird.
Die Komplexität liegt darin, das richtige Fluid zu entwickeln, das durch die Zellen fließt. Auch das Gewicht ist zu beachten, obwohl die Tauchkühlung bedeutet, dass andere Komponenten, die Flüssigkeit in flüssigkeitsgekühlten Akkus transportieren, weggelassen werden können.
Der Megane-Akku von Total ist das Ergebnis mehrerer Jahre Arbeit an der Tauchkühlungstechnologie. Das Unternehmen engagierte das britische Ingenieurbüro Ricardo, um Ende 2020 einen Prototyp eines solchen Akkus für einen Volvo XC60 Plug-in-Hybrid zu entwickeln.
Abgesehen von einer besseren Kühlung und schnelleren Ladezeiten kam Ricardo zu dem Schluss, dass tauchgekühlte Akkus in bestehende Fahrzeugarchitekturen passen würden, 6% weniger kosten und leichter wären.