S přechodem od spalovacích motorů k bateriovému pohonu se u současných vozidel stává chtě nechtě nejdůležitější provozní kapalinou ta dosud dosti opomíjená – chladicí. Zatímco u hybridních pohonů je stále ještě co mazat, u těch čistě bateriových už kromě převodovky pouze chladíme. Jak je to v současnosti s náplní chladicích okruhů bateriových vozidel, nám v tomto článku sdělí Jan Skolil, technický ředitel společnosti CLASSIC Oil. Ten má na stránkách časopisu AutoEXPERT pravidelný prostor pro články z oblasti provozních kapalin už desátým rokem.
Rovnou tři okruhy
Klasické zážehové a vznětové motory potřebují od nepaměti chladit. Ač jim k tomu samozřejmě slouží motorový olej, kvůli své nízké tepelné kapacitě a vodivosti, částečně i vyšší viskozitě a rychlejší degradaci na to sám nestačí. K tomu je potřeba vhodnější tekutina. V omezené míře vzduch, ve většině případů kapalina, vždy obsahující vodu, protože nad její teplosměnné vlastnosti prostě není. Dříve jsme si vystačili s jedním chladicím okruhem, u některých starších osobních vozidel až s objemem okolo 10 litrů. Pak přišlo období redukce množství náplně, avšak v nedávné době pro změnu začalo přibývat komponent, které je potřeba ve vozidle chladit.
Do toho v posledním desetiletí významně stoupla provozní teplota v chladiči, která může lokálně přesáhnout i samotný bod varu používané směsi a jen díky mírnému přetlaku v okruhu se tak nestane. Toto dědictví si nesou i první vozidla, kde je kromě paliva k pohonu použita i energie elektrická. Je v zásadě jedno, zda k nabití akumulátoru byla využita elektrická síť, nebo pouze přebytková kinetická energie z pohonu. Když se nyní vývojově dostáváme k čistým elektrovozům, kde již spalovací motor není vůbec přítomen, najdeme tam obvykle chladicí okruhy rovnou tři.
Co potřebujeme chladit?
Elektromobil potřebuje v jednotlivých okruzích udržovat různé provozní teploty. Vedle klasického topení, kde je teplota (max. 80 °C) a velikost okruhu obvykle největší, jde o okruh s nižší teplotou (60–70 °C), kde se chladí například palubní nabíječka nebo elektromotor. Třetí okruh je nejchladnější (do 40 °C) a ochlazuje se jím tzv. chiller nebo třeba trakční akumulátor. Všechny okruhy jsou odděleny jednoduchými dvojcestnými nebo trojcestnými ventily a koluje v nich, světe, div se, úplně stejná chladicí kapalina, jaká je v současných nově vyrobených výhradně spalovacím motorem osazených vozidlech. Odpovídá tomu i nabídka těchto kapalin na trhu, neboť se speciální kapalinou pouze pro elektrovozidla ještě žádný marketér naštěstí nepřišel. A byl by to také nesmysl, v těch současných nejsou žádné odlišné konstrukční materiály, než se nacházejí v klasických spalovacích nebo vznětových motorech. Od tohoto typu chlazení ani nic nového neočekáváme, tedy jen rychlý odvod přebytečného tepla, které zde vzniká hlavně z dobíjení akumulátoru a částečně i z jeho vybíjení. A samozřejmě je nutné toutéž směsí zajistit i tepelné pohodlí posádky v zimních měsících.
Kapalina G12evo
Pokud se budeme pohybovat u koncernu Volkswagen, jde o chladicí kapalinu G12evo, zde odpovídající normě VW TL 774 L. Ta byla zavedena pro první plnění v roce 2019 a do koncernu ji dodávají dva schválení dodavatelé: BASF pod obchodním názvem Glysantin G65 a Haertol Chemie jako Frostox HT12. Jde o kapalinu výhradně na bázi etylenglykolu jako nemrznoucí složky a s inhibičním systémem stojícím na solích karboxylových kyselin. Na rozdíl od předchozích kapalin G11–G13 však již bez obsahu v EU téměř zakázané kyseliny 2‑etylhexanové. Najdeme zde ale stále i anorganické inhibitory koroze, tedy tzv. typ kapaliny HOAT (hybrid organic acid technology), resp. Si-HOAT. A jelikož norma VW připustila po více než 30 letech i použití fosfátů, může se v některých případech stát, že náplní je přímo typ chladicí kapaliny označovaný jako PSi-OAT (fosfáty, silikáty a karboxylové kyseliny).
Tato náplň je tedy dosti vzdálená starší kapalině G12+ (čistě OAT) nebo G12++ (Si-OAT). Paradoxně tak dochází k situaci dříve nepředstavitelné, kdy většina chladicích kapalin na celém světě si je svým složením velmi podobná, ba až identická. Platí to minimálně v Evropě, kde koncern Stellantis (Fiat, Opel, Peugeot, Citroën, Alfa Romeo, Maserati, Lancia, DS, včetně amerických značek Chrysler, Dodge, RAM a Jeep) může mít náplň složením stejnou s náplní koncernu VW, stejně jako u menších evropských výrobců, mj. BMW, Daimleru, Renaultu a Dacie. A neřešme teď, že dodavatelem může být odlišný výrobce a barva se může lišit. Pokud bychom si odmyslili silikáty a opravdu použili i fosfáty, sedne si i s náplněmi všech asijských vozidel, jako v současnosti od největšího výrobce vozidel na světě, koncernu Toyota, nebo všech čínských značek.
Fuel cell
Výše popsaná situace se v podstatě významně neliší od současného chlazení vozidel, pouze jsme nahradili zdroj pohonu. Je však zřejmé, že současná elektrovozidla nejsou s to poskytovat takový komfort jako spalovací a vznětové motory. Brání jim v tom hlavně neúměrně dlouhá doba dobíjení akumulátoru a jeho omezená kapacita – tedy dojezd. Tyto nešvary lze odstranit přechodem k vyšším nabíjecím proudům a k vodíku jako zdroji energie. Pak nejde již o klasická EV, ale o vozidla označovaná jako PHEV nebo fuel cell. A také pak již nejde o nepřímé kapalinové chlazení, ale o přímé, kdy je zdroj energie chlazen podobně jako některé počítačové procesory, tedy umístěním přímo do kapaliny. Zní to trochu děsivě, ale pokud u chladicí kapaliny zajistíte, aby to nebyl elektrolyt – tedy vodivý –, může to fungovat.
Zatímco u zmíněných procesorů lze tyto požadavky zvládnout vhodným teplosměnným olejem nebo velmi měkkou vodou, u agregátů fuel cell si s nimi nevystačíte. I ten nejlepší olej má tepelnou kapacitu a vodivost poloviční než voda a akumulátor s ním přebytečného tepla nezbavíte, samotná voda je ale zase limitována svými fyzikálními vlastnostmi (přeměna v led a bod varu 100 °C).
Zůstáváme tak opět u vodného roztoku glykolu jako u současných kapalin G11–G13, resp. G12evo. Ty ale mají díky obsaženým inhibitorům koroze na bázi (vodivých) solí elektrickou vodivost na úrovni 2 000 až 3 000 μS.cm-1. Takové hodnoty vodivosti by při přímém kapalinovém chlazení akumulátor okamžitě zničily a navíc významně ohrozily bezpečnost posádky elektrickým proudem. Pokud do vodného roztoku glykolu nedáte konvekční inhibitory koroze, lze se sice dostat na úroveň elektrické vodivosti 50–100 µS.cm-1, ale taková směs v bezpečnosti sotva stačí a navíc nechrání před korozí žádný ze stávajících konstrukčních materiálů (tedy vyjma plastů, mědi a nerezavějící oceli).
Před budoucími elektromobily či vozidly poháněnými vodíkem tak stojí ještě dost nejasností a nezbytného vývoje. Ale je téměř jisté, že si s touto výzvou současní výzkumníci určitě poradí. A pokud bychom o předchozích desetiletích u automobilů mohli mluvit s velkou nadsázkou jako o období mazání, lze u těch současných a budoucích hovořit jako o období chlazení. Dokazují to nakonec i soudobé extrémní výkyvy počasí hlavně do plusových teplot.
Tento článek najdete v časopise AutoEXPERT vydání č. 7+8/2023.
