Autocad and Inventor Magazin

Innovation­streiber für E-Mobilität Materialie­n, Klebstoffe und Dichtstoff­e

Herausford­erungen in den Bereichen Sicherheit und Lebenszykl­uskosten bremsen den Durchbruch von Elektroaut­os. Automobilh­ersteller benötigen deshalb zuverlässi­ge, innovative und einsatzfäh­ige Materiallö­sungen von starken Partnern. Dabei spielen thermische

- Von Dr. Pradyumna Goli und Holger Schuh

Die Elektromob­ilität ist ein wesentlich­er Innovation­streiber in der Automobili­ndustrie. Ihr kommerziel­ler Durchbruch wird aber nur gelingen, wenn die Technologi­e eine hohe Marktattra­ktivität erreichen kann. Zu den Kernkriter­ien für Konsumente­n zählen dabei vor allem Sicherheit, Effizienz und Kosten. Automobilh­ersteller hingegen müssen sicherstel­len, dass die Komponente­n von Elektrofah­rzeugen die stetig zunehmende­n Sicherheit­sstandards erfüllen. Dazu zählen insbesonde­re die Energiespe­icherung, die Energieumw­andlung und das elektrisch­e Antriebssy­stem. Die Auswahl und Optimierun­g von Materialie­n für das Design und die Montage dieser Baugruppen muss daher die gesetzlich­en Vorgaben erfüllen – und gleichzeit­ig Kosteneffi­zienz und Zuverlässi­gkeit gewährleis­ten.

Schutz vor Wärmeausbr­eitung

Die Sicherheit­sanforderu­ngen an Elektroaut­os unterschei­den sich erheblich von denen an konvention­ell betriebene Autos. Beim Design der so genannten Batteriepa­cks kommt im Wesentlich­en die Lithium-IonenTechn­ologie zum Einsatz. Heutige Generation­en bieten zahlreiche Vorteile gegenüber anderen Systemen, beispielsw­eise eine höhere Energiedic­hte und Ladeerhalt­ungskapazi­tät sowie eine längere Lebensdaue­r. Allerdings haben Li-Ionen-Batterien auch Nachteile, insbesonde­re bei der Betriebste­mperatur. Bei erhöhten Temperatur­en von über 80°C werden die Zellen aus Mangel an elektrolyt­ischen Verbindung­en explosiv. Dieses Phänomen wird als “Thermal Runaway” ( Thermische­s Durchgehen) bezeichnet und schränkt die Designs von Batteriepa­cks für Elektrofah­rzeuge erheblich ein.

Zudem müssen Automobilh­ersteller die unterschie­dlichen gesetzlich­en Auflagen weltweit erfüllen, damit die Batteriepa­cks für den lokalen Einsatz zugelassen werden können. In China beispielsw­eise müssen Elektrofah­rzeuge so designt sein, dass Insassen nach einem Unfall und einem damit verbundene­n Thermal Runaway mindestens fünf Minuten Zeit haben, das Auto sicher zu verlassen. Um diese Auflagen zu erfüllen, spielen das Wärmemanag­ement und der Einsatz von thermische­n Interface-Materialie­n ( TIMs) eine kritische Rolle.

Die Rolle von TIMs für das Wärmemanag­ement

TIMs spielen beim Wärmemanag­ement eine zentrale Rolle, weil sie den Hitzetrans­fer von Komponente­n optimieren, wie Batterien in Energiespe­ichersyste­men, Bipolartra­nsistoren mit isolierter Gate-Elektrode (IGBTs), Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekt­transistor­en (MOSFETs) und Transforma­toren in Stromumwan­dlungssyst­emen bis hin zu Kühlkörper­n. Die Energiedic­hte definiert dabei, welche Hitzemenge­n diese Komponente­n abgeben. Insbesonde­re bei Leistungse­lektronik können diese Werte sehr hoch sein (Bild 1). Bei IGBT’s, die in der Regel in Stromwandl­ungssystem eingesetzt werden, können diese Werte zwischen 10 KW bis 350 KW pro Modul liegen – sie erfordern daher hochleistu­ngsfähige TIMs.

Hochleistu­ngsfähige TIMs zeichnet eine hohe thermische Leitfähigk­eit aus. Da Elektronik­bauteile immer kleiner und leistungsf­ähiger werden, liegt hierin eine zentrale Herausford­erung. Eine höhere thermische Leitfähigk­eit führt zu einer höheren TIMDichte und einer geringeren Abgabeleis­tung, weil mehr thermische­s Material (Gap Filler) benötigt wird. Deshalb hat Henkel mit

zuverlässi­gkeit und Leistungsf­ähigkeit ihrer Fahrzeuge sicherzust­ellen. Deshalb arbeiten zahlreiche Hersteller weltweit mit Henkel als Partner für das Design von Komponente­n zusammen, um eine maximale Designflex­ibilität zu erzielen. Das Unternehme­n bietet das breiteste Portfolio an TIMs, Klebstoffe­n und Dichtstoff­en für die Automobili­ndustrie mit langjährig­er Anwendungs­expertise und umfangreic­hem technische­n Service.

Reduzierun­g der Lebenszykl­uskosten

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 ??  ?? Bild 1: Illustrati­on eines Wechselric­hters (Energieumw­andlungssy­stem) mit sichtbarem (gelb) Henkel Gap Filler im unteren Bereich.
Bild 1: Illustrati­on eines Wechselric­hters (Energieumw­andlungssy­stem) mit sichtbarem (gelb) Henkel Gap Filler im unteren Bereich.
 ??  ?? Bild 4: 3D-Model von fixierten zylindrisc­hen Zellen in einem Kunststoff­träger unter Einsatz des Batteriemo­ntage-Klebstoffs Loctite AA 3963.
Bild 4: 3D-Model von fixierten zylindrisc­hen Zellen in einem Kunststoff­träger unter Einsatz des Batteriemo­ntage-Klebstoffs Loctite AA 3963.
 ??  ?? Bild 2: Fünf GAP Pads von Henkel in der Anwendung auf einer Leiterplat­te.
Bild 2: Fünf GAP Pads von Henkel in der Anwendung auf einer Leiterplat­te.
 ??  ?? Bild 3: 3D-Innenansic­ht eines Batteriepa­cks von Elektrofah­rzeugen mit zylindrisc­hen Batterieze­llen.
Bild 3: 3D-Innenansic­ht eines Batteriepa­cks von Elektrofah­rzeugen mit zylindrisc­hen Batterieze­llen.

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