Fallstudie zu flüssiger Kaltplatte für Elektrofahrzeuge

Bei der Entwicklung einer neuen Serie von Batterien für Elektrofahrzeuge (EVs) wandte sich ein führender Batteriehersteller an Boyd, um neue Flüssigkeits-Kühlplatten für die Batteriepacks zu entwickeln. Die neuen Batteriepacks würden in großen elektrischen Spezialfahrzeugen (wie Feuerwehr- und Müllfahrzeugen) eingesetzt, die umfangreiche Mengen an Energie benötigen, was zu strengen Anforderungen an das Wärme- und Gewichtsmanagement führt.

Der Kunde entdeckte mehrere Herausforderungen während der ersten Entwicklung von Batteriepacks. Während sie Erfahrung in der Herstellung kleinerer Batterien für Elektrowerkzeuge und Indoor-Nutzfahrzeuge hatten, wechselten sie zur Entwicklung von Batteriepacks für große, spezielle Elektrofahrzeuge.

Der Energiebedarf von Spezialfahrzeugen erforderte neue, größere Batteriepack-Designs für jedes EV-Modell, was zu hohen Wärmelasten führte. Um sicherzustellen, dass die größeren Batteriepacks während der gesamten Lebensdauer des Fahrzeugs kühl genug für den Betrieb blieben, benötigte der Kunde kundenspezifische Flüssigkeitskühlplatten (LCPs), die speziell für diese Anwendung entwickelt wurden. Jede Batterie würde auch ein leistungsstarkes TIM (Thermal Interface Material) benötigen, um die Wärmequelle der Batterie zu kontaktieren und den Wärmeverlust während der Übertragung auf die Flüssigkeitskühlplatten und das Flüssigkeitskühlsystem zu minimieren.

Anfangs wurde das Gewicht angesichts der bereits großen Größe der Batteriepacks und des kompletten Spezialfahrzeugs nicht als großes Designproblem angesehen. Während der Evaluierung und Tests wuchsen jedoch die Bedenken hinsichtlich der Größe der LCPs, die sich möglicherweise auf die Batteriereichweite auswirken. Um sicherzustellen, dass das zusätzliche LCP-Gewicht die Batteriereichweite minimal beeinträchtigt, war es auch entscheidend, dass die Kühlplatten so kompakt und leicht wie möglich waren.

Die Arbeiten begannen in einem der speziellen Designzentren von Boyd, wo eine umfassende thermische Analyse an jeder der neuen Batteriepackgrößen durchgeführt wurde, um die genauen, optimalen thermischen Anforderungen für das Projekt zu definieren. Nachdem diese Parameter definiert waren, präsentierte Boyd mehrere verschiedene Beispiele für kalte Platten, die erfolgreich in Elektrofahrzeugbatterien mit ähnlichen Anforderungen implementiert wurden. Darüber hinaus wurden mehrere TIMs vorgestellt, die jeweils unterschiedliche thermische Eigenschaften aufweisen.

Nach der Bewertung der Optionen entschieden die Ingenieure von Boyd und der Kunde gemeinsam, dass eine Aluminiumflüssigkeits-Kühlplatte mit einem faserverstärkten Wärmeleitpad die optimale Lösung wäre. Die Ingenieure des Design Centers von Boyd begannen sofort mit der Entwicklung von Zeichnungen, die auf den Anforderungen jedes einzelnen Akkupacks basieren. Während die anfänglichen Designs bei der Bewältigung der Anforderungen an das Wärmemanagement effektiv waren, waren die Kühlplatten relativ groß und das zusätzliche Gewicht der Batterie wurde zu einem Problem.

Boyd nutzte seine umfangreiche Erfahrung mit der Kaltplattenkonstruktion und begann, an Möglichkeiten zur Gewichtsbeschneidung zu arbeiten. Nach einigen Experimenten senkten die Boyd-Ingenieure das Gewicht der Batterie-Kühlplatte erheblich, indem sie die Größe und Form jeder Kühlplatte für jede einzelne Batterie optimierten. Die neue Konstruktion kühlte effektiv die extreme Batteriepackwärme und reduzierte gleichzeitig das Gesamtgewicht um 40 % gegenüber dem ursprünglichen Design.

Sobald ein Design fertiggestellt war, begann Boyds Prototyping-Team schnell mit der Erstellung von gestempelten und CAB-gelöteten Kaltplatten-Prototypen zur Evaluierung.

Die Prototypen wurden innerhalb der Batteriepacks ausgiebig getestet und erwiesen sich als sehr effektiv bei der Abluft von Wärme aus den Batterien. Letztendlich konnten die hocheffizienten und leichten Flüssigkeits-Kühlplatten die thermische Leistung drastisch steigern und gleichzeitig das Gesamtgewicht des Batteriepacks um über 40 % senken.. Die Batterien werden in eine Reihe neuer elektrischer Spezialfahrzeuge implementiert, und der Erfolg des Projekts hat zu anderen thermischen Möglichkeiten beim Kunden geführt.