Dieser TechLetter präsentiert die realen Tests einer WATTALPS-Batterie, die in einem Rennwagen verbaut wurde. Die abgegebene Leistung ist nicht nur doppelt so hoch wie die eines Porsche Taycan, sondern diese Leistung kann auch während der gesamten Entladung der Batterie abgegeben werden, selbst bei einer Außentemperatur von 30 °C und mit einem einfachen Lufttauscher zur Kühlung der Batterie. Eine Klimaanlage ist nicht erforderlich. Das Fahrzeug absolviert eine Reihe von Runden mit voller Leistung, abwechselnd mit Schnellladungen!
Hintergrund
Das Hauptziel besteht darin, das Fahrzeug auf der Rennstrecke mit maximaler Leistung zu fahren, bis die Batterie vollständig entladen ist, dann eine schnelle Aufladung durchzuführen und weitere Runden auf der Rennstrecke zu fahren, während die Temperatur der Batterie im Bereich ihrer maximalen Leistungsfähigkeit gehalten wird.
Die 55-kWh-Batterie wird in 8 Runden auf der Rennstrecke bei einer Durchschnittsgeschwindigkeit von mehr als 140 km/h entladen, wobei regelmäßig auf 375 kW beschleunigt und anschließend mit 100 kW regenerativ gebremst wird, wie in den folgenden Abbildungen dargestellt.
Die verschiedenen Schritte des Projekts
Die erste Phase des Projekts begann im Mai 2023 mit einer Vor-Machbarkeitsstudie, in der die thermischen Simulationen des vorläufigen Entwurfs mit elektrothermischen Tests an einem einzelnen Batteriemodul verglichen wurden. Die im Juli durchgeführten Tests zeigten ein ausgezeichnetes thermisches Verhalten, wodurch die maximale Batterieleistung von 350 kW auf 375 kW erhöht werden konnte.
Die zweite Phase des Projekts wurde im September 2023 mit spezifischen Entwicklungen gestartet, um die ordnungsgemäße Funktion und Sicherheit der Batterie bei diesen sehr hohen Leistungsstufen zu gewährleisten. Insbesondere die Anschlussdose wurde für dieses Projekt komplett überarbeitet und angepasst. In Zusammenarbeit mit unserem Kunden wurden weitere Entwicklungen durchgeführt, um einige Batteriekomponenten leichter zu machen. Außerdem wurde ein spezielles Batterieheizsystem entwickelt, um auch in Umgebungen eingesetzt werden zu können, in denen bei extremer Kälte bis zu -20 °C gearbeitet werden muss.
Die komplette Batterie mit ihrem Thermalisierungssystem wurde im Februar 2024 zur ersten Integration in das Fahrzeug geliefert. Anfang April wurden Tests auf Vollleistungsprüfständen durchgeführt, die die theoretischen Ansätze bestätigten. Die Schaltungstests fanden im Mai statt.
Vergleich mit einer vorhandenen Autobatterie
Der für diese Anwendung verwendete WATTALPS-Akku besteht aus 42 Modulen, einer dielektrischen Flüssigkeitsumwälzpumpe, einem Heizsystem und einem Flüssigkeits-Luft-Wärmetauscher. Die im WATTALPS-Akku gespeicherte Energie beträgt 55 kWh bei einer Leistungsabgabe von 375 kW. Wir haben auf dem Markt keine Elektrofahrzeuge mit denselben Eigenschaften gefunden. Wir schlagen daher vor, einen Vergleich mit einem Fahrzeug der renommierten Marke Porsche anzustellen, das über eine größere Batteriekapazität verfügt. Um einen fairen Vergleich zu ermöglichen und die Unterschiede in der von den Batterien gespeicherten Energie auszugleichen, verwenden wir das Verhältnis von Energie zu Leistung, das repräsentativ für die elektrothermischen Belastungen der Batterie ist.
Vergleichstabelle
| Batterie | Energie | Leistung | Energie/Leistung |
| Porsche Taycan | 89 kWh | 300 kW | 3.37 |
| WATTALPS | 55 kWh | 375 kW | 6.82 |
| Lücke | -38% | +25% | +102% |
Hinweis: WATTALPS hatte keine Gelegenheit, einen Porsche Taycan auf der Rennstrecke zu testen, um die Stabilität der Leistung über mehrere Runden hinweg zu untersuchen. Ein Kühlsystem, das weniger effizient ist als das von WATTALPS, würde automatisch zu einer Verringerung der Batterieleistung führen, da sich die Batterie erwärmt.
Ergebnisse
Die auf dem Prüfstand durchgeführten Tests zeigten, dass die Batterie in der Lage ist, die erforderliche Energie und Leistung für die ursprünglich geplante Anzahl von 8 Runden auf der Rennstrecke bereitzustellen.
Die Einschränkungen des Prüfstands ließen keine Simulation einer ausreichenden Luftgeschwindigkeit durch den Kühlradiator zu (unterhalb der durchschnittlichen Fahrzeuggeschwindigkeit von 140 km/h). Dennoch entspricht der Temperaturanstieg den Erwartungen, wie aus der folgenden Abbildung ersichtlich ist, und die Batterie kann während des Ladevorgangs gut gekühlt werden (eine Phase, in der die Luftgeschwindigkeit durch einen im Wärmetauscher integrierten Lüfter reguliert wird).
Schaltungstests zeigen eine deutlich bessere Kühlleistung, wie in der Abbildung unten dargestellt, die eine vollständige Entladung bei sehr hoher Leistung veranschaulicht. Es gibt einen durchschnittlichen Unterschied von 2 °C über die gesamte Batterie und maximal 4 °C, wenn sehr starke Entladungsspitzen erreicht werden. Der durchschnittliche Temperaturanstieg über die gesamte Entladung beträgt 2 °C, was die bessere Kühlleistung bestätigt, wenn der Kühler die tatsächlichen Luftgeschwindigkeiten (bis zu 240 km/h) erreicht.
Hinweis: Vertikale Linien entsprechen Übertragungsunterbrechungen im Messsystem.
Schlussfolgerung
Trotz hoher Umgebungstemperaturen (>30 °C) und extremer Belastungen ermöglichte das patentierte WATTALPS-Kühlsystem die Aufrechterhaltung der Leistung während der gesamten Entladung der Batterie und ermöglichte gleichzeitig eine schnelle Aufladung unmittelbar nach dem Gebrauch. Selbst bei schneller Aufladung kühlt unser innovatives Kühlsystem die Batterie dank seiner extremen Effizienz herunter.
WATTALPS beweist einmal mehr, dass seine patentierte Technologie der Immersionskühlung direkt auf Zellebene die Nutzung der vollen Batterieleistung auch unter extremen Bedingungen ermöglicht. WATTALPS-Batterien eignen sich besonders gut für die anspruchsvollsten Bedingungen im Motorsport oder in Geländefahrzeugen. Für weitere Informationen zu den Produkten von WATTALPS können Sie das Formular auf unserer Website https://www.wattalps.com/ unter der Registerkarte „KONTAKT” ausfüllen.
