Algemeen
Freudenberg geleidend elastomeer
Freudenberg Sealing Technologies heeft een materiaal ontwikkeld dat schijnbaar tegenstrijdige eigenschappen combineert. Het is een goede warmtegeleider maar is ook elektrisch isolerend. (foto: Freudenberg Sealing Technologies)

Waar computerwerk wordt verricht of grote stromen lopen, komt warmte vrij. Freudenberg Sealing Technologies heeft een elastomeer ontwikkeld dat schijnbaar tegenstrijdige eigenschappen combineert: het geleidt de warmte goed, maar is ook elektrisch isolerend. Het bedrijf test nu de eerste toepassingen voor gebruik in oplaadpunten, regelaars en accu’s in elektrische auto’s.  

Materialen combineren over het algemeen elektrische en thermische geleidbaarheid óf ze isoleren tegen zowel elektrische stroom als warmte. Door siliconenrubber te combineren met speciale vulstoffen heeft Freudenberg Sealing Technologies een elastomeer, ontwikkeld dat een relatief hoge warmtecapaciteit combineert met elektrisch isolerende eigenschappen.

Elektrische energie die niet wordt gebruikt voor het berekenen of schakelen wordt omgezet in warmte die moet worden afgevoerd naar de omgevingslucht of een koelsysteem. Hoe dichter een warmtebron bij een koelsysteem is geplaatst, des te efficiënter het warmtetransport. De warmtegeleiding kan worden verminderd door de ruwheid van de materiaaloppervlakken, zelfs op voor het menselijk oog onzichtbare niveaus.

Aangepast elastomeer

De experts van Freudenberg besloten om siliconen te gebruiken als basismateriaal, iets wat zelden wordt gebruikt in de autofabricage. Het materiaal behoudt zijn eigenschappen over een groot temperatuurbereik (-50°C tot +250°C) maar het kan met relatief weinig kracht worden vormgegeven. Wanneer het op een metalen oppervlak wordt aangebracht, vult het de kleine openingen op die door de ruwheid worden veroorzaakt. Dit verbetert niet alleen de warmteoverdracht, maar maakt ook hechting zonder extra oppervlaktebehandelingen mogelijk.

Het door Freudenberg ontwikkelde materiaal heeft een hoge diëlektrische sterkte: minstens 20 kV/mm. Het toevoegen van de vulstoffen verhoogt de warmtegeleiding van 0,2 W/mK tot 1,5 à 2 W/mK. Ter vergelijking: lucht heeft onder normale omstandigheden een warmtegeleidingsvermogen van 0,026 W/mK. De vulstoffen zijn speciale metaalverbindingen.

Bewaken van laadstroom

De eerste serietoepassing voor deze nieuwe materiaalklasse zou kunnen liggen in laadpunten voor elektrische voertuigen. Hier ligt een uitdaging voor de autofabrikanten: om mogelijke storingen uit te sluiten, moet de laadstroom direct bij het stopcontact worden bewaakt door middel van continue temperatuurmeting. De temperatuursensoren moeten echter ook elektrisch worden afgeschermd om kortsluiting te voorkomen.

Freudenberg heeft de temperatuursensoren, net als de penhouders, overgoten met warmtegeleidende siliconen. In dezelfde mal wordt ook de onderliggende connectorplaat van standaard thermoplastisch materiaal gegoten om één enkel onderdeel te creëren. De eerste prototypes voor een oplaadpunt met geïntegreerde sensoren worden al door een autofabrikant getest.

Gerichte koeling controllers

Het materiaal kan ook worden toegepast voor het gericht koelen van controllers, bijvoorbeeld om de stroom tussen de accu en de aandrijflijn van een elektrisch voertuig te schakelen. Terwijl de vermogenselektronica door de aluminium behuizing wordt gekoeld, straalt de warmte die door de elektronische componenten wordt gegenereerd over het algemeen alleen uit in de lucht tussen de printplaat en de behuizing.

Het nieuwe elastomeer kan worden geproduceerd als driedimensionaal gegoten onderdeel, waardoor direct contact tussen de componenten mogelijk is, zelfs als deze componenten op verschillende hoogtes worden geplaatst. Hierdoor kan de warmtestroom direct in de behuizing worden afgevoerd. Een eerste toepassing in de batterijregelaar van een hybride bedrijfswagen wordt al getest.

De warmtegeleidende elastomeren bieden ook nieuwe mogelijkheden voor accu’s. Tijdens het snel opladen of wanneer er tijdens het rijden hoge prestaties nodig zijn, produceren de stroomrails voor de aansluiting van de batterijmodules en de vermogenselektronica een relatief grote hoeveelheid warmte.

Minder koper nodig

De ontwikkelaars richten zich op een module waarin de warmtegeleidende siliconen deze warmte rechtstreeks naar de behuizing of een koelsysteem afvoeren. Hierdoor is voor de doorsneden van de geleiders slechts ongeveer 50% van het normaal gebruikte koper nodig. De module bevat ook de kunststof drager voor de overgoten stroomgeleiders, waarin de bussen voor de schroefverbindingen al zijn geïntegreerd. De eerste functionele prototypes worden naar verwachting dit jaar getest.

Het bedrijf is nog in het beginstadium van het aanbrengen van de warmtegeleidende elastomeren, maar ziet nu al dat de combinatie van warmtegeleidingsvermogen en elektrische isolatie een groot potentieel heeft om toekomstige generaties elektrische auto’s efficiënter te maken.

Eerste publicatie door Aandrijftechniek op 22 juli 2020.

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.

x
Mis niet langer het laatste nieuws

Schrijf u nu in voor onze nieuwsbrief.

Inschrijven