Wärmemanagement – ​​Herausforderungen für Elektrofahrzeuge

Thermisches Management – ​​Herausforderungen für Elektrofahrzeuge

Der Übergang zu elektrischen Antriebssystemen und die zunehmende Bedeutung des autonomen Fahrens bringen viele neue Herausforderungen mit sich. Das thermische Management, genauer gesagt die thermische Kommunikation und Kühlung elektrischer Komponenten, spielt dabei eine entscheidende Rolle. Obwohl es viele Wärmedämmstoffe gibt, sind im Automobilsektor Spaltfüller (GFLs) und Softtherm Pads (Füller) die gängigsten Lösungen. Diese können individuell auf die Kundenbedürfnisse zugeschnitten werden.

Laut den neuesten Berechnungen des Bundesumweltministeriums wird Deutschland sein Klimaziel, die CO₂-Emissionen bis 2020 um mehr als 40 % zu reduzieren, nicht erreichen. Im Gegensatz zu den Trends in anderen Sektoren sind die Treibhausgasemissionen des Verkehrssektors gegenüber dem Referenzjahr 1990 sogar leicht gestiegen und machen ein Fünftel der Gesamtemissionen in Deutschland aus. Die gestiegene Fahrzeugeffizienz konnte gegenläufige Faktoren wie das zunehmende Verkehrsaufkommen und die sinkende Motoreffizienz nicht kompensieren. Der neue Klimaschutzplan der Bundesregierung sieht eine Reduzierung der Treibhausgasemissionen des Verkehrssektors um 40–42 % bis 2030 vor. Dies ist jedoch nur ein kleiner Teil der Erreichung des im Pariser Klimaabkommen festgelegten 2°C-Ziels. Alternative Antriebssysteme sind unerlässlich, um das durchschnittliche Emissionsziel von 95 g CO₂/km für Pkw zu erreichen. Bei Überschreitung dieser Werte drohen den Automobilherstellern hohe Strafen. Dieser Preismechanismus wirkt sich positiv auf emissionsarme Fahrzeuge aus. Ein globaler Paradigmenwechsel in der Automobilindustrie ist notwendig.

Thermische Werkstoffe

Prognosen führender deutscher Automobilhersteller zufolge werden spätestens bis 2030 alle meistverkauften Fahrzeuge auch als Elektrofahrzeuge erhältlich sein – ein äußerst ambitioniertes Ziel. Aspekte wie die stetig steigende Leistungsdichte, die höhere Wärmeübertragung pro Fläche (W/m²) und das Schnellladen führen zu höheren Bauteiltemperaturen und damit zu kürzeren Betriebszeiten in den Anwendungen. Eine effiziente thermische Kühlung elektrischer Bauteile durch die Verbindung einer Wärmequelle mit einem Kühlkörper bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der elektrischen Isolationswirkung ist daher eine Grundvoraussetzung für hohe Qualitätsstandards im Automobilsektor. Diese Verbindung sowie die Überbrückung von Bauteiltoleranzen, Spalten oder Lufteinschlüssen lassen sich individuell mit einer breiten Palette von KERAFOL-Materialien realisieren, die von DACPOL vertrieben werden. Die Auswahl des passenden Materials richtet sich nach den Anforderungen an die Wärmeleitfähigkeit (W/mK) und der gewünschten Temperaturdifferenz ΔT.

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Thermisches Management für die Elektromobilität

Der Übergang zu elektrischen Antriebssystemen und die zunehmende Bedeutung des autonomen Fahrens bringen völlig neue Anwendungsbereiche und Herausforderungen für das thermische Management mit sich.

Thermal Management in Electric Cars

Flüssigspaltfüller

Insbesondere bei großen Mengen sind Zweikomponenten-GFLs eine effektive und wirtschaftliche Lösung. Um dies zu erreichen, werden beide Komponenten aus Silikonelastomeren mit einem Keramikfüllstoff in einem Mischrohr vermischt und können mithilfe eines Dosiersystems direkt auf das Bauteil (z. B. ein Metallgehäuse) aufgetragen werden.Im nächsten Schritt werden elektronische Bauteile (z. B. IGBTs, Kondensatoren usw.) unter leichtem Druck auf die noch nicht ausgehärtete Masse aufgebracht. Dadurch wird eine gleichmäßige Verteilung der Masse und somit eine definierte Schichtdicke sowie reproduzierbare elektrische und thermische Parameter erzielt. Die Vernetzung bzw. Aushärtung der Masse erfolgt bei Raumtemperatur und dauert etwa eine Stunde, kann aber auf Anfrage angepasst werden. GFL zeichnet sich insbesondere durch seine geringe Wärmeleitfähigkeit und hohe Selbsthaftung aus, was bei der Montage von großem Vorteil ist. Wenn die KERAFOL GFL jedoch demontiert wird, kann sie wieder entfernt werden, was auf dem Markt nicht immer üblich ist.

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"KERAFOL GFL wird weltweit zur Kühlung von Wechselrichtern, Batterien und vielen anderen elektrischen Bauteilen eingesetzt."

Im Vergleich zu Systemen auf Polyurethan- oder Epoxidbasis kann silikonbasiertes GFL Vibrationen deutlich besser absorbieren und kompensieren.

Dieser Effekt wird durch die hohe Weichheit von GFL begünstigt. Darüber hinaus ermöglicht die niedrige Viskosität von GFL eine einfache Verarbeitung und schont das Dosiersystem, wie führende Hersteller von Dosiersystemen wie ViscoTec, bdtronic und Scheugenpflug bestätigen.

Softtherm Pads

Für viele thermische Verbindungen im Bereich der Elektromobilität sind klassische Wärmeleitbänder und -pads nach wie vor Stand der Technik.

Insbesondere vernetzte Elastomere auf Silikonbasis, besser bekannt als Softtherm Gap Pads, können dank ihrer vielfältigen, speziell abgestimmten Eigenschaften eine Schlüsselrolle bei der Kühlung elektronischer Bauteile (Leistungsbereich bis zu 6 W/mK) spielen.

Dank der hohen Flexibilität und enormen mechanischen Festigkeit der Softtherm-Pads lassen sich auch große Spaltmaße und enge Bauteiltoleranzen realisieren. Neben individuellen Lösungen wie einseitiger Klebebeschichtung zur Fixierung von Bauteilen oder Glasfaserverstärkung für erhöhte mechanische Stabilität bieten auch doppellagige Folien (vorgeschrieben durch spezifische Vorschriften) einen deutlichen Mehrwert für den Kunden.

KERAFOL erfüllt gemeinsam mit DACPOL seit vielen Jahren diese spezifischen Kundenanforderungen und findet für jede Anwendung die passende Lösung. Unabhängig davon, welches Wärmeleitmaterial aus technischer und wirtschaftlicher Sicht die beste Lösung darstellt.