Innovative Werkstoffe für thermische Management-Anwendungen in Hybrid- und batterieelektrischen Fahrzeugen (BEV)
Mit dem anhaltenden Wachstum des Anteils von Elektrofahrzeugen (EV) am Automobilmarkt ist es erforderlich, das thermische Managementsystem von Hybrid- und Elektrofahrzeugen neu zu betrachten. Auf der ITB Thermal Management Systems & Materials Conference 2024 in Novi, Michigan, präsentierte Russell Bloomfield, Application Development Manager, eine Session über die Leistungsfähigkeit bewährter PPA- und PPS-Materialien, die für diese Systeme entwickelt wurden, und stellte Ergebnisse von chemischen Expositionsprüfungen mit dielektrischen Fluiden zur immersiven Kühlung vor.
Auf der ITB Thermal Management Systems & Materials Conference 2024 in Novi, Michigan, hielt Russell Bloomfield, Application Development Manager für Envalior Americas, einen Vortrag über die Leistungsfähigkeit bewährter PPA- und PPS-Materialien, die für hybride und elektrische Thermomanagementsysteme entwickelt wurden.
Während der Sitzung stellte Bloomfield den 160 anwesenden Zulieferern und OEMs das neue hydrolytisch stabilisierte PA6-Material von Envalior vor, das eine überlegene Kriech- und Ermüdungsfestigkeit im Vergleich zu GFPP-Materialien bietet. Außerdem präsentierte Bloomfield im Zusammenhang mit dem Aufkommen von Immersionskühlung als Mittel zur Maximierung des Wärmeübergangs Ergebnisse aus Langzeitprüfungen zur chemischen Beständigkeit mit ausgewählten Prüfmedien.dieelektrische Flüssigkeiten.
Werkstoffe für Ihre BEV-Kühlmittelanwendungen
Die Expositionsdauer stellt eine der größten Herausforderungen im Bereich des thermischen Managements von Elektrofahrzeugen dar, insbesondere wenn Ingenieure die Langzeitperformance des Systems prognostizieren. Die Alterungszeit des Kühlmittels erhöht sich von 1.500 Stunden auf 6.000–30.000 Stunden! Ingenieure müssen die Materialintegrität sowohl hinsichtlich der Wasser-Glykol-Kühlmittelbeständigkeit für Batterieelektrofahrzeuge als auch hinsichtlich der Ionenreinheit für Brennstoffzellenfahrzeuge sicherstellen. Beide Aspekte gewinnen zunehmend an Bedeutung, um eine zuverlässige Performance im thermischen Management zu gewährleisten. Darüber hinaus stellt die Komplexität von thermoplastischen Bauteilen mit der Präsenz von Schweißnähten häufig das „schwächste Glied in der Kette“ hinsichtlich der Bauteilintegrität dar. Envalior hat sich auf diesen Performance-Aspekt konzentriert und charakterisiert das Langzeitverhalten unserer Werkstoffe.
ThDas neue Envalior PA6 HR Material bietet eine ausgezeichnete Langzeitbeständigkeit der Eigenschaften.
„Die Positionierung von Thermoplasten im Bereich des Wärmemanagements sollte Aspekte wie Zeit, Temperatur und Konstruktion berücksichtigen“, erklärte Bloomfield. „Für eine bestimmte Anwendung ist die mechanische Eigenschaft von einer PPA-basierten Lösung oftmals anfänglich attraktiv; jedoch kann je nach relevanter Langzeit-Kühlmittelbelastung festgestellt werden, dass die vergleichsweise stabile Leistung von PPS einen langfristigen Performance-Vorteil gegenüber PPA bietet. Die gleiche Überlegung gilt für die Diskussion zwischen PP GF und PA6 GF. In diesem Fall, zum Beispiel, zeigt die Lastaufnahme bei 80°C einen deutlichen Vorteil von PA im Vergleich zu PP. Dies ist nicht ersichtlich, wenn lediglich ein Datenblatt oder Raumtemperaturleistung betrachtet wird.“
Ausblick auf Immersionskühlung
Immersionskühlung beinhaltet das direkte Eintauchen von Systemen wie EV-Batteriezellen oder E-Motoren in eine dielektrische Flüssigkeit. Der Vorteil dieses Ansatzes für das Wärmemanagement basiert auf einem höheren und gleichmäßigeren Wärmeübertragungskoeffizienten im Vergleich zu traditionellen indirekten Kühlmittelsystemen.
Auch wenn es derzeit keine allgemein anerkannten "Industrie-Standards" gibt, kann Envalior Prüfungen entsprechend den Anforderungen der jeweiligen Kundenanwendung durchführen.
Wir verfügen über Erfahrung mit Expositionsprüfungen von handelsüblichen dielektrischen Flüssigkeiten im Kontakt mit relevanten Envalior Werkstoffen:
- Kurzzeitexposition: Modul bei Temperatur, Verzug, Relaxation von Eigenspannungen
- Langzeitexposition: Kriechbeständigkeit, Modul unter Bedingung, Quellung, Verzug (10.000 h)
Zusätzlich überwachen wir die Integrität der Flüssigkeiten in Verbindung mit der Werkstoffexposition.
Kunststoffe für Ihre ICE-Kühlmittelanwendungen
Bloomfield ging in seinem Vortrag auch auf das traditionelle Werkstoffportfolio von Envalior für Anwendungen in Kühlmitteln von Verbrennungsmotoren ein. „Die Grundlage für die Positionierung von Thermoplasten im Kontakt mit Kühlmitteln ist, zu verstehen, wie sich das Material sowohl in Bezug auf reversible Effekte der Flüssigkeitsaufnahme als auch hinsichtlich langfristiger chemischer Veränderungen verhalten kann“, so Bloomfield.
„Envalior bietet eine neu eingeführte Suite von Online-Modellierungswerkzeugen an, die es den Anwendern ermöglicht, die mechanischen Eigenschaften unserer Werkstoffe in Abhängigkeit nicht nur von der Temperatur, sondern auch vom Feuchtegehalt abzuschätzen“, erklärt Bloomfield. „Diese zugehörigen Erkenntnisse ermöglichen eine präzisere Modellierung der Einflüsse von Feuchtigkeit und Konditionierung auf die Leistungsfähigkeit von Polyamid-basierten Werkstoffen.“
Das Verständnis darüber, wie verschiedene Werkstoffarten durch traditionelleDie Exposition gegenüber Kühlmitteln wirkt sich sowohl auf die Materialauswahl als auch auf die damit verbundenen Konstruktionsaspekte aus.