Dielektrische Kühlmittel in der E-Mobilität

Volumenänderung der getesteten Elastomere bei Kontakt mit Kühlflüssigkeiten. Testbedingungen: Eintauchen von S2-Prüfstäben für 168 h bei 100 °C (Bild: Dätwyler)

30.10.2019 Dielektrische Kühlmittel in der E-Mobilität

Untersuchung der Kompatibilität dielektrischer Fluide unter Berücksichtigung der Stabilität verwendeter Dichtungsmaterialien

von Dr. Matthias Soddemann (Dätwyler Gruppe)

Laut einer Studie des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) ist das Auto nach wie vor das Fortbewegungsmittel Nummer 1 [1]. Der Studie ist auch zu entnehmen, dass die Anzahl der Autos pro Haushalt stetig zunimmt: Ende 2017 auf 43 Mio. zugelassene Fahrzeuge in Deutschland [2]. Laut dem Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit (BMU) befinden sich weltweit derzeit über 900 Mio. Pkw auf den Straßen, bis 2035 wird die Zahl auf voraussichtlich 2 Mrd. anwachsen [3]. Um der Verkehrsnachfrage gerecht zu werden, werden umweltfreundliche Fortbewegungsmittel und alternative Antriebsarten gefördert. Der Elektrifizierung wird dabei eine zentrale Rolle für die Zukunft der Mobilität zugeschrieben. Um deren Potenzial zu nutzen, müssen jedoch einige Herausforderungen überwunden werden – insbesondere bei der Temperierung der Batterien und der Antriebe. Entsprechende Kühlflüssigkeiten und mögliche Dichtungsmaterialien sind daher miteinander zu vergleichen.

Dielektrische Kühlflüssigkeiten spielen eine entscheidende Rolle bei der Temperierung von sensitiven Bauteilen in der E-Mobilität. Hierbei stehen nicht nur die Batterien allein im Vordergrund, die ihr größtes Leistungsspektrum in einem relativ engen Temperaturbereich haben. Auch die Kühlung von  (elektrischen) Motorenkomponenten muss hier sichergestellt werden, um durchweg für Effizienz und zeitgleiche Sicherheit zu sorgen.

Aktuell eingesetzte Medien wie Wasser-Glykol-Systeme sind dafür z.T. nicht optimal geeignet. Zwar sind sie vergleichsweise nachhaltig und Herstellern hinsichtlich der Anwendung bekannt, allerdings können sie nicht im direkten Kontakt mit den elektrischen Komponenten verwendet werden. Hier werden getrennte Kreisläufe mit Wärmetauschern benötigt, die jedoch ein höheres Gewicht ins System bringen, was eine weniger effiziente Leistung zur Folge hat.

Dielektrische Medien hingegen können im direkten Kontakt mit den elektrischen Komponenten genutzt werden. Zwar sind sie z.T. weniger nachhaltig, aktuell noch etwas teurer und erfordern eine Anpassung des Systems – kumuliert betrachtet können sie den klassischen Fluiden hinsichtlich Leistungsfähigkeit und Sicherheit jedoch in vielen Bereichen vorgezogen werden.

Bei der Wahl des geeigneten Dichtungsmaterials im Hinblick auf diesevergleichsweise neuen Medien müssen diverse Aspekte berücksichtigt werden. Neben der Funktionsfähigkeit zum Dichten stehen diese in einem starken Zusammenhang mit der im Auto vorherrschenden Einsatztemperatur von -40 °C bis max. 150 °C, meist -20 °C bis ca. 100 °C im Batteriesystem. Die dielektrischen Medien und die korrespondierenden Dichtungsmaterialien wurden hinsichtlich verschiedener Messgrößen betrachtet und verglichen.