Schuld sind wohl Plastikstege zwischen den Pouch-Zellen und der Kühlplatte darunter
Der Ford Mustang Mach-E hat offenbar Verbesserungspotenzial in Sachen Wärmemanagement. Jüngste Tests ergaben verbesserungsfähige Ladeleistungen bei hohem Akkufüllstand und eine nachlassende Leistung bei aggressiven Rennstreckenfahrten. Ein interessanter Artikel auf InsideEVs.com von dem US-Ingenieur Keith Ritter zeigt nun, wo die Ursache dafür liegen könnte.
Ein guter Ausgangspunkt für die Suche ist die Wärmeableitung von der einzelnen Zelle zur Kühlplatte. Ein Youtube-Video vom bekannten US-Autoingenieur Sandy Munro zeigt den Aufbau von Akku, Modulen und Zellen des Mach-E. Das Video zeigt laut Ritter, wo das Problem liegen könnte: bei dem Kunststoff-Rahmen, der die Pouch-Zellen trägt.
Die Problemstelle ist die auf dem Foto rot eingekreiste Stelle an der Unterseite des Kunststoffträgers: Hier blockiert der Kunststoff die direkte Wärmeleitung von der Zelle zur Platte, so Ritter. Der einzige Pfad, über den die Wärme abfließen kann, ist daher der Weg über die dünne passive Aluminium-Platte zwischen den Zellen – aber das ist ein Engpass.
Das folgende Schema zeigt den Wärmefluss (Q) aus den Zellen nach unten über die dünne Alu-Schicht zur Kühlplatte (in Pink). Der direkte Wärmefluss von den Zellen zur Kühlplatte wird durch das Plastik (schwarz) unterbunden:
Der Engpass bei der Kühlung erklärt laut Ritter das Überhitzungsproblem des Mach-E GT auf der Rennstrecke. Schon wenn man beim Fahren 100 kW Leistung aus der Batterie holt (was bei 358 kW Gesamtleistung keine Kunst ist), oder wenn man ihr 100 kW durch Rekuperation zuführt, reicht die Wärmeleitung über die Alu-Platte nicht mehr aus. Die Zellen erhitzen sich über die Toleranzgrenze und Auto wechselt in den Modus mit reduzierter Leistung.
Der VW ID.4, in dem ebenfalls Pouch-Zellen verwendet werden, hat einen anderen Modul-Aufbau. Hier sitzen die Zellen direkt auf dem Gehäuseboden, der wiederum direkt auf einer Kühlplatte sitzt. Dünne wärmeleitfähige Materialien eliminieren Luftspalte und verbessern die Wärmeleitung. So kann die Wärme hier direkt von den Zellen in die Kühlplatte abfließen:
Ein weiterer Konkurrent des Mach-E ist das Tesla Model. Hier werden keine Pouch-Zellen sondern zylindrische 2170-Zellen verwendet. Wie das unten gezeigte Schema verdeutlicht, wird die Wärme seitlich über schlangenförmig gewundene Kühlplatten (in Pink) abgeführt. Dabei strömt die Wärme radial aus den zylindrischen Zellen über große Kontaktflächen zur Kühlplatte ab, es tritt kein Engpass bei der Wärmeableitung auf:
Ford hat laut dem Artikel versprochen, die Probleme mit dem langsamen Aufladen und dem Überhitzen bei aggressiver Fahrweise zu untersuchen und bemüht sich um Verbesserungen. So soll ein Over-the-Air-Update die Netto-Speicherkapazität des Akkus erhöhen, was die Ladegeschwindigkeit vergrößern dürfte. Ford versucht auch, die Antriebssteuerung zu optimieren. Aber solche Software-Optimierungen behandeln nur die Symptome und nicht die Ursache: den durch die Hardware erzeugten thermischen Engpass.
Porsche Taycan, Audi e-tron GT und Hyundai Ioniq 5 kommen durch ihr 800-Volt-System mit sehr hohen Ladeleistungen zurecht. Der Porsche und der Audi verwenden ebenfalls Pouch-Zellen (Porsche schreibt es explizit in seiner Pressemitteilung zum Thema Thermomanagement), aber auch der Ioniq 5 hat solche in eine Alu-Kunststoff-Folie verpackten Zellen, wie es aus dem unten rechts verlinkten Video zu den E-GMP-Akkus hervorgeht:
Wie leiten diese Modelle die Wärme ab? Eine befriedigende Erklärung dafür hat Ritter noch nicht gefunden, schreibt er in dem InsideEVs.com-Artikel. Die Wärmeleitung ist bei den 800-Volt-Autos nicht so viel höher als bei Mach-E, ID.4 und Model Y. Beim Schnellladen mit hohen C-Raten erhitzen sich die Zellen wohl weniger als bei Mach-E und Co, glaubt Ritter. Möglicherweise ist die Zellchemie oder ein niedriger Widerstand in den einzelnen Zellen der Grund, so Ritter.
Quelle: InsideEVs.com
