Perumah Termoset Diberi Serat Inovatif Mengurangi Panas pada Motor EV
Membuat mobil listrik lebih ringan juga melibatkan pengurangan berat motor. Salah satu caranya adalah dengan membangunnya dari material polimer terisi serat. Peneliti di Fraunhofer Institute for Chemical Technology ICT bekerja sama dengan Karlsruhe Institute of Technology KIT untuk mengembangkan konsep pendinginan baru yang akan memungkinkan polimer digunakan sebagai bahan perumah motor. Dan itu bukan keuntungan satu-satunya dari konsep pendinginan baru: ini juga secara signifikan meningkatkan kepadatan daya dan efisiensi motor dibandingkan dengan standar terkini.
Dua komponen kunci dari rangkaian penggerak listrik adalah motor listrik dan baterai. Dan ada tiga isu yang memainkan peran yang sangat penting ketika berkaitan dengan penggunaan motor listrik untuk mobilitas ramah lingkungan: kepadatan daya tinggi, konfigurasi padat yang pas di dalam kendaraan listrik, dan tingkat efisiensi yang tinggi. Sebagai bagian dari proyek DEmiL — singkatan Jerman yang berarti motor listrik pendingin langsung dengan perumah ringan terintegrasi — peneliti di Fraunhofer ICT di Pfinztal sekarang bekerja sama dengan Institut Teknologi Sistem Kendaraan (FAST) dan Institut Teknik Elektro (ETI) di Karlsruhe Institute of Technology KIT untuk mengembangkan pendekatan baru yang menggabungkan pendinginan langsung stator dan rotor. "Motor listrik terdiri dari rotor yang berputar dan stator statis. Stator mengandung gulungan tembaga yang listrik mengalir di dalamnya — dan inilah tempat sebagian besar kehilangan listrik terjadi. Aspek baru dari konsep kami terletak pada stator," kata Robert Maertens, peneliti di Fraunhofer ICT.
Kawat pipih persegi panjang menggantikan kawat bulat
Motor listrik memiliki efisiensi tinggi lebih dari 90 persen, yang berarti proporsi tinggi energi listrik diubah menjadi energi mekanis. Sisanya sekitar 10 persen energi listrik hilang dalam bentuk panas. Untuk mencegah motor terlalu panas, panas di stator saat ini dipindahkan melalui perumah logam ke selang pendingin yang diisi dengan air dingin. Dalam proyek ini, tim peneliti telah mengganti kawat bulat dengan kawat pipih persegi panjang yang dapat digulung lebih erat di stator. Ini menciptakan lebih banyak ruang untuk saluran pendingin di samping fase gulungan kawat pipih. "Dalam desain yang dioptimalkan ini, kehilangan panas dapat diurai melalui saluran pendingin di dalam stator, menghilangkan kebutuhan untuk mengangkut panas melalui perumah logam ke selang pendingin eksternal. Faktanya, Anda tidak lagi memerlukan selang pendingin sama sekali dalam konsep ini. Ini menawarkan manfaat lain, termasuk inersia termal yang lebih rendah dan output kontinu yang lebih tinggi dari motor," kata Maertens, menjelaskan beberapa keuntungan sistem baru. Selain itu, desain baru menggabungkan solusi pendingin rotor yang juga memungkinkan kehilangan panas rotor diurai secara langsung dalam motor.
Dengan melelehkan panas dekat tempat di mana dihasilkan, mitra proyek mampu membangun seluruh motor dan perumah dari material polimer, resulting in further advantages. "Perumah polimer lebih ringan dan lebih mudah diproduksi daripada perumah aluminium. Mereka juga cocok untuk geometri kompleks tanpa memerlukan pemrosesan pasca, jadi kami membuat penghematan nyata pada berat dan biaya keseluruhan," kata Maertens. Logam yang saat ini diperlukan sebagai konduktor panas dapat diganti dengan material polimer, yang memiliki konduktivitas termal rendah dibandingkan logam.
Mitra proyek memilih untuk menggunakan plastik termoset terisi serat dari mitra proyek mereka Sumitomo Bakelite (SBHPP) yang menawarkan resistensi suhu tinggi dan resistensi tinggi terhadap pendingin agresif. Tidak seperti termoplastik, termoset tidak membengkak ketika bertemu dengan kimia.
Cocok untuk produksi seri besar
Perumah polimer diproduksi dalam proses injeksi otomatis menggunakan komposit molding fenolik Vyncolit X7700. Waktu siklus untuk manufaktur prototipe saat ini empat menit. Stator sendiri dicetak dengan komposit molding epoksi konduktif termal (Sumikon EME-A730E) dalam proses transfer molding. Tim peneliti memilih desain dan proses manufaktur untuk motor listrik yang akan memungkinkan diproduksi massal.
Tim telah menyelesaikan rangkaian stator dan secara eksperimental memvalidasi konsep pendinginan. "Kami menggunakan arus listrik untuk memasukkan jumlah panas di gulungan tembaga yang akan dihasilkan dalam operasi nyata sesuai simulasi. Kami menemukan bahwa kami sudah dapat melelehkan lebih dari 80 persen kehilangan panas yang diharapkan. Dan kami sudah memiliki beberapa pendekatan yang menjanjikan untuk menangani kehilangan panas sisa yang kurang dari 20 persen, misalnya dengan mengoptimalkan aliran pendingin. Kami sekarang berada pada tahap merakit rotor dan segera akan dapat mengoperasikan motor di bangku uji di Institut Teknik Elektro dan memvalidasinya dalam operasi nyata," kata Maertens, meringkas status saat ini proyek.
Postingan ini dikomentari oleh CompositesWorld dan Springer lightweight.design magazine media partnership. Untuk informasi lebih lanjut tentang Springer dan lightweight.design, kunjungi https://www.springerprofessional.de/en/link/12141380
