Mit der Transformation der globalen Energiestruktur und der Verbesserung des Umweltschutzbewusstseins sind Elektrofahrzeuge zu einer wichtigen Entwicklungsrichtung der Automobilindustrie geworden. Als „Herzstück“ von Elektrofahrzeugen wirken sich Leistung und Lebensdauer der Batterien direkt auf die Leistung und Zuverlässigkeit des gesamten Fahrzeugs aus.
In diesem Zusammenhang ist die Bedeutung von Batterie-Wärmemanagementsystemen immer wichtiger geworden, und die Flüssigkeitskühlungstechnologie als eine der effizienten Methoden zur Wärmeableitung ist zu einer der Schlüsseltechnologien zur Verbesserung der Leistung von Elektrofahrzeugen geworden. Es steht vor den doppelten Herausforderungen des technologischen Fortschritts und der Kostenkontrolle und hat sich nach und nach zu einem Forschungsschwerpunkt der Branche entwickelt.
Unter Flüssigkeitskühlungstechnologie versteht man die Zirkulation flüssiger Medien (wie Wasser, Ethylenglykollösung usw.), um die von der Batterie erzeugte Wärme abzuleiten und so den Batteriebetrieb in einem geeigneten Temperaturbereich zu halten. Besonders wichtig ist diese Technologie bei leistungsstarken Elektrofahrzeugen, da sie die Batterielebensdauer effektiv verlängern, die Energiedichte und die Ladeeffizienz verbessern kann.
Im Vergleich zu herkömmlichen Luftkühlsystemen bieten Flüssigkeitskühlsysteme die Vorteile einer höheren Wärmeleitungseffizienz, einer geringeren Größe und eines geringeren Gewichts sowie einer geringeren Geräuschentwicklung.
Die Entwicklung und Herstellung von Flüssigkeitskühlsystemen ist ein umfassendes Projekt, das von Ingenieuren interdisziplinäre Kenntnisse und Fähigkeiten sowie ein tiefes Verständnis für neue Materialien, neue Prozesse und neue Technologien erfordert. Zu den zahlreichen beteiligten Schlüsseltechnologien gehören unter anderem:
01 Strömungskanaldesign
Das Design des Strömungskanals ist das Herzstück des Flüssigkeitskühlsystems und wirkt sich direkt auf die Strömungseigenschaften und die Wärmeaustauscheffizienz des Kühlmittels aus. Mithilfe der Simulationstechnologie der numerischen Strömungsmechanik (CFD) können Ingenieure den Kühlmittelfluss im Strömungskanal simulieren und die Effizienz des Wärmeaustauschs vorhersagen und analysieren. In Kombination mit der Methode zur Optimierung der Strukturtopologie kann die optimale Strömungskanalgeometrie gefunden werden, um eine höhere Wärmeleitfähigkeit und einen geringeren Flüssigkeitswiderstand zu erreichen.
02 Materialauswahl
Die Wahl der Materialien hat einen direkten Einfluss auf die Leistung des Flüssigkeitskühlsystems. Normalerweise werden für Flüssigkeitskühlplatten Metallmaterialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit wie Aluminium oder Kupfer verwendet, die die Wärme von der Wärmequelle effektiv leiten und schnell über das Kühlmittel abführen können. Neben der Wärmeleitfähigkeit sind jedoch auch die Korrosionsbeständigkeit und die mechanische Festigkeit des Materials Faktoren, die bei der Konstruktion berücksichtigt werden müssen. Diese Eigenschaften stellen sicher, dass das Flüssigkeitskühlsystem in verschiedenen Arbeitsumgebungen langfristige Stabilität und Zuverlässigkeit aufrechterhalten kann.
03 Pumpe und Kühler
Pumpe und Kühler sind das „Herz“ und die „Lunge“ des Flüssigkeitskühlsystems. Gemeinsam sorgen sie für die Zirkulation des Kühlmittels und die Wärmeableitung. Als „Energiequelle“ des Flüssigkeitskühlsystems liegt der Schlüssel zur Auswahl der Pumpe in ihrer Effizienz und Zuverlässigkeit. Es muss sichergestellt werden, dass es unter verschiedenen Arbeitsbedingungen eine stabile Durchflussrate liefern kann. Bei der Gestaltung des Kühlers muss die Kosteneffizienz berücksichtigt und gleichzeitig die Wärmeableitungsleistung sichergestellt werden, um die beste Kosteneffizienz zu erreichen.
04 Kontrollstrategie
Die Steuerungsstrategie ist entscheidend für den effektiven Betrieb des Flüssigkeitskühlsystems. Durch präzise Steuerungsalgorithmen können die Durchflussrate des Kühlmittels und die Betriebsparameter des Kühlers dynamisch an die tatsächliche Temperatur und den Betriebszustand der Wärmequelle angepasst werden, wodurch sichergestellt wird, dass die Temperatur der Batterie oder anderer wichtiger Komponenten im Inneren stabil bleibt den optimalen Arbeitsbereich, um Überhitzung oder Unterkühlung zu verhindern.
05 Herstellungsprozess
Die Weiterentwicklung des Herstellungsprozesses wirkt sich direkt auf die Leistung und Zuverlässigkeit des Flüssigkeitskühlsystems aus. Durch den Einsatz von 3D-Drucktechnologie und Mikrokanal-Verarbeitungstechnologie kann eine präzise Herstellung von Flüssigkeitskühlplatten erreicht werden. Diese Technologien machen die Größe und Form des Strömungskanals präziser und verbessern dadurch die Kompaktheit und Wärmeableitungseffizienz des gesamten Systems. Gleichzeitig tragen fortschrittliche Herstellungsprozesse dazu bei, Herstellungsfehler zu reduzieren und die Produktkonsistenz und -zuverlässigkeit zu verbessern.
Derzeit haben viele High-End-Elektrofahrzeugmarken wie Porsche und Audi damit begonnen, Flüssigkeitskühlsysteme einzuführen, und Teslas Model S und Model im Akkupack.
