Forschungsgruppe für nachhaltiges Thermomanagement

Beim innovativen Kühlkörper-Fertigungsverfahren „Skiving“ wird ein Kühlkörper aus einem Stück „geschält“. Dabei sind die einzelnen Lamellen ohne Übergang direkt mit dem Boden verbunden. Skiving ermöglicht gegenüber dem konventionellen Fertigungsverfahren „Strangpressen“ das Herstellen von Kühlkörpern mit dünneren Rippen (Lamellen) und kleinerem Rippenabstand. Im Ergebnis kann die thermische Leistung des Kühlkörpers erhöht und der Strömungsdruckverlust und der Materialeinsatz reduziert werden. Durch die neuen Designmöglichkeiten wird die rechnerische Auslegung der Kühlkörper durch konventionelle Methoden erschwert.

Innerhalb des Forschungsprojektes soll ein KI-basiertes Auslegungstool für diese innovativen Lamellenkühlkörper entwickelt werden. Zur Entwicklung des Tools wird die Bandbreite der möglichen Fertigungsparameter (z.B. Materialien und Geometrien) im Detail analysiert. Durch Strömungssimulationen der Kühlkörper mit verschiedenen Geometrieparametern in Kombination mit unterschiedlichen Lüfterparametern wird eine umfassende Datengrundlage aufgebaut. Prototypen der geschälten Lamellenkühlkörper werden mit unterschiedlichen Lüfterleistungen thermisch untersucht und die Ergebnisse werden genutzt, um die Simulationsergebnisse zu validieren.

Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines KI-basierten Optimierungstools, das mit dieser Datengrundlage trainiert wird. Durch Angaben von z.B. Temperaturprofil und abzuführender Verlustwärmeleistung können so optimierte Designkonzepte für Lamellenkühlkörper als Gesamtsysteme mit Lüfter berechnet werden. Ausgabeparameter des Tools sind z.B. die Grundabmessungen des Lamellenkühlkörpers, die benötigte Oberfläche, die Anzahl und Höhe der Lamellen, der Lamellenabstand, die Dicke der Basis und die benötigte Lüfterleistung.

Ansprechpartner: Justin Fey, Prof. Dr. Boris Schilder

Batterien in Elektrofahrzeugen müssen während dem Fahren und Laden hohe Ströme abgeben und aufnehmen können. Dabei entsteht Wärme in der Batterie, die zu einem Temperaturanstieg führt. Die Alterung und die Leistungsfähigkeit von Lithium-Ionen-Batterien hängen stark von der Temperatur und der Temperaturverteilung innerhalb der Batterie ab.

Mit Hilfe von Simulationen und Experimenten untersuchen wir die Wärmegenerierung und den Wärmetransport in Batteriemodulen. Ziel ist die Entwicklung von Thermomanagement-Konzepten, die einen möglichst guten Wärmeabtransport und eine möglichst homogene Temperatur in der Batterie ermöglichen. Dadurch können die Lebensdauer, die Energiedichte und die Kosten von Batterien positiv beeinflusst werden.

Ansprechpartner: Prof. Dr. Boris Schilder

In Hochleistungselektronik entstehen hohe Wärmeströme, die in der Regel durch luftbasierte Kühlkonzepte abgeführt werden. Eine Luftkühlung hat jedoch die Nachteile, dass sie nur eine begrenzte Kühlleistung bietet, viel Platz benötigt, die Lüfter Energie verbrauchen und laut sein können.
Eine Verdampfungskühlung bietet höchste Wärmeübertragungsleistung und kann passiv und daher lautlos arbeiten.
Aktuelle verdampfungsbasierte Kühlkonzepte beruhen meist auf dem „Heatpipe“-Konzept. In Heatpipes wird häufig Wasser als Kühlmedium eingesetzt. Um Hochleistungselektronik auf akzeptable Temperaturen zu kühlen (z.B. 70 °C), sind niedrige Systemdrücke und damit eine aufwendige Evakuierung sowie ein dichtes, druckbeständiges System erforderlich. Das Medium wird daher in metallischen Rohren transportiert, die keine flexible Gestaltung des Fluidtransports erlauben.

Unser Ziel ist die Entwicklung eines neuartigen Verdampfungskühlkonzeptes, bei dem ein synthetisches Kühlmedium verwendet wird, das über eine niedrige Siedetemperatur (ca. 50 °C) bei Umgebungsdruck verfügt. Dadurch kann das System bei Umgebungsdruck arbeiten und es sind keine druckbeständigen Wände erforderlich. Im Gegensatz zu einer Heatpipe wird nur in dem Verdampfer eine Kapillarstruktur benötigt, sodass normale Schläuche für den Fluidtransport genutzt werden können.

Ansprechpartner: Prof. Dr. Boris Schilder, Justin Fey