Aluminiumextrusie voor accukoelsystemen?

In EV-batterijsystemen is oververhitting een stille vijand. Zonder de juiste koeling degraderen packs snel en komt de veiligheid in gevaar. Aluminiumextrusie biedt een goedkope, zeer efficiënte manier om cellen koel en stabiel te houden.

Aluminiumextrusie biedt een uitstekende thermische geleiding, structurele sterkte en ontwerpflexibiliteit. Deze eigenschappen maken het ideaal voor EV-batterijkoelplaten en behuizingen die een efficiënte warmteafvoer nodig hebben.

Dat voordeel is belangrijk voor elektrische voertuigen. Een goed koelontwerp houdt de temperatuur gelijkmatig. Dat verbetert de veiligheid, de prestaties en de levensduur van de batterij. In de rest van dit artikel onderzoek ik waarom extrusie wordt gebruikt, welke ontwerpen helpen bij het beheersen van de warmte, hoe de prestaties worden getest en of geëxtrudeerde onderdelen samengaan met batterijbehuizingen.

Waarom wordt aluminiumextrusie gebruikt voor het koelen van EV-batterijen?

Aluminiumextrusie helpt bij het oplossen van twee grote problemen in EV-batterijpacks: warmteontwikkeling en de behoefte aan een stijve structuur. Veel batterijcellen produceren warmte tijdens het opladen of ontladen. Zonder koeling kan de warmte zich concentreren. Aluminium geleidt warmte snel weg van hete cellen. Het voegt ook sterkte en vormen toe die passen bij de lay-out van de batterij.

Aluminiumextrusie wordt gebruikt omdat het een hoog warmtegeleidingsvermogen heeft, complexe kanaalvormen voor de stroming van koelvloeistof ondersteunt en sterkte biedt voor structurele ondersteuning in batterijmodules.

Batterijpakken hebben koelplaten nodig die koelvloeistof gelijkmatig naar veel cellen leiden. Aluminiumextrusies maken gezamenlijk ontworpen kanalen mogelijk die de lay-out van de cellen volgen. Ze helpen ook bij het vormen van stijve modules die bestand zijn tegen trillingen en botsingen. Met behulp van extrusie houden fabrikanten de koeling efficiënt en de structuur sterk.

Duik dieper

Aluminium heeft belangrijke fysieke eigenschappen die goed werken voor het koelen van batterijen. De legering (vaak 6000-serie) heeft bijvoorbeeld een warmtegeleidingsvermogen van ongeveer 150-180 W/mK. Dat is veel hoger dan staal of veel kunststoffen. Dit helpt om warmte snel af te voeren. Dankzij extrusie kunnen fabrikanten interne vloeistofkanalen, buitenste vinnen of ribben vormen die passen bij de lay-out van het pakket. Deze flexibiliteit is belangrijk omdat accupacks er in vele vormen en maten zijn, afhankelijk van het voertuigmodel.

Hier is een tabel met veelgebruikte materialen en waarom aluminium goed werkt in vergelijking met andere materialen:

Vanwege die geleidbaarheid en bewerkbaarheid wordt vaak voor aluminium gekozen. Extrusie is goedkoper dan het machinaal bewerken van een groot blok. Het stelt fabrikanten in staat om koelkanalen in te bouwen in de platen. Die kanalen leiden koelvloeistof dicht langs de batterijcellen. Dit zorgt voor een betere warmteafvoer dan het plakken of lijmen van afzonderlijke platen en buizen.

Geëxtrudeerde platen voegen ook structurele framesteun toe voor accumodules of behuizingen. In veel EV's fungeert het accupakket als versteviging van het chassis. In die rol ondersteunt aluminium extrusie de belastingen en zorgt het voor uitlijning. Dat bespaart ruimte en gewicht in vergelijking met een apart frame plus koelbuizen.

Welke ontwerpen verbeteren de efficiëntie van de warmteregeling?

Goede koelprestaties zijn afhankelijk van de ontwerpgeometrie. Eenvoudige vlakke platen helpen soms. Betere ontwerpen gebruiken interne koelvloeistofkanalen, vinnen, ribben en meerdere stromingstrajecten. Deze eigenschappen vergroten het oppervlaktecontact met koelmiddel, verspreiden de warmte gelijkmatig en voorkomen hotspots.

Ontwerpen met goed geplaatste interne kanalen, lamellen met een groot oppervlak en een gelijkmatige stroming van de koelvloeistof verbeteren de efficiëntie van de thermische regeling in toepassingen voor batterijkoeling.

Lay-outs variëren per pakketgeometrie, celopstelling en koelstrategie. Ontwerpers gebruiken vaak serpentijnkanalen of parallelle stromingstrajecten. Ze integreren ook vinnen of banen in de extrusie om de warmte over een groot gebied te verspreiden. De complexiteit neemt toe wanneer veel cellen in arrays worden geplaatst.

Duik dieper

Een goed koelontwerp begint met de kanaalindeling. Voor een batterijpakket met veel cellen in rijen moeten de kanalen dicht langs elke celgroep lopen. Als de kanalen te ver weg liggen, zal het koelmiddel de warmte niet effectief absorberen. Ingenieurs brengen vaak de celposities in kaart en ontwerpen de extrusiedoorsnede dienovereenkomstig. Deze planning zorgt voor koeling dichtbij de cel.

Vinnen of banen in de extrusie zorgen ervoor dat meer aluminium in contact komt met de koelvloeistof. Dat betekent dat er per keer meer warmte van de cel naar de vloeistof gaat. Meer oppervlakte = betere warmte-uitwisseling.

Hier zijn veelvoorkomende ontwerpelementen en hun impact:

De topologie van het stromingstraject is ook van belang. Als de koelvloeistof aan de ene kant binnenkomt en aan de andere kant weer naar buiten gaat, worden de cellen bij de ingang mogelijk meer gekoeld. Om dat te voorkomen gebruiken veel ontwerpen parallelle paden of vertakkende spruitstukken. Dat houdt de temperatuur gelijkmatig.

Hoe wordt de thermische prestatie gevalideerd tijdens het testen?

Het ontwerp ziet er op papier goed uit. Maar de werkelijke thermische prestaties moeten worden getest. Fabrikanten testen koelplaten met dummy- of echte batterijmodules. Ze controleren de temperatuurverdeling, de koelmiddeldoorstroming, de drukval en de thermische cycli op lange termijn.

Thermische tests bestaan meestal uit tests van de koelvloeistofstroom, thermische cycli en het meten van de temperatuuruniformiteit onder belasting. Dit zorgt ervoor dat het extrusieontwerp effectief en betrouwbaar koelt tijdens het volledige gebruik van de batterij.

OEM's of leveranciers simuleren opladen, snelladen, ontladen en omgevingswarmte. Ze registreren gegevens om te bevestigen dat er geen hotspots of lekken zijn en om ervoor te zorgen dat de plaat de echte omstandigheden overleeft.

Duik dieper

Testen begint vaak met stroom- en druktests. Ingenieurs sluiten de extrusiekoelplaat aan op een testopstelling. Ze laten de koelvloeistof met een bepaalde snelheid stromen en meten de drukval over de plaat. Een hoge drukval duidt op een slecht ontwerp.

Vervolgens passen ze een thermische belasting toe. Dummyverwarmingen bootsen echte batterijcellen na. Sensoren en thermische camera's controleren de temperatuur. Doel: gelijkmatige warmteverdeling, geen hotspots.

Gebruikelijke testtypes zijn onder andere:

Mechanische tests kunnen volgen. Ingenieurs simuleren schokken en botsingen. Ze zorgen ervoor dat de extrusie koelvloeistof vasthoudt en de structurele vorm behoudt bij trillingen en botsingen.

Ik heb zelfs kleine krommingen in de wanddikte defecten zien veroorzaken in tests. Daarom zijn de kwaliteit van de aluminiumextrusie en de precisie van de bewerking essentieel voor de betrouwbaarheid in de praktijk.

Zijn extrusies geïntegreerd in batterijbehuizingen?

Veel EV-fabrikanten voegen koelplaten samen met de behuizing van de batterij of module. Dat betekent dat de extrusie een dubbele rol vervult: thermische regulator en structurele ondersteuning. Dit bespaart onderdelen, gewicht en kosten.

Ja. Aluminium profielen worden vaak gecombineerd met batterijbehuizingen of moduleframes. Dat ontwerp vermindert het aantal onderdelen, verhoogt de structurele integriteit en ondersteunt een efficiënte productie.

Extrusies met koelkanalen, afdichtingsfuncties en montagevlakken ondersteunen zowel koeling als structurele functies in één compact onderdeel.

Duik dieper

Ontwerpteams beginnen de integratie vaak met een 3D-model van het pakket. Ze brengen de celindeling, montagegaten, koelmiddelinlaten en afdichtingszones in kaart. Het doel: één onderdeel dat koelt, beschermt en ondersteunt.

Deze integratie vereenvoudigt:

• Montage: minder onderdelen, minder bevestigingsmiddelen
• Logistiek: minder SKU's en leveranciers
• Kosten: minder machinale bewerking, lassen en testen
• Ruimte: lagere pakhoogte en minder overlappingen

Maar de uitdagingen zijn onder andere:

• Complexe doorsneden voor extrusiematrijzen
• Noodzaak voor afdichting rond interne koelvloeistofpaden
• Risico op lekkage in structureel deel (reparatiekosten hoog)
• Moeilijkheid om onderdelen te vervangen (onderhoudsplanning nodig)

Toch wegen de voordelen vaak zwaarder dan de kosten. Veel batterijpakketten maken gebruik van extrusies over de volledige lengte met zowel koelpaden als dragende frames.

In sommige ontwerpen zijn zelfs extrusies geïntegreerd op de zijwanden of de deksels. Het resultaat: modulaire, compacte en thermisch efficiënte batterijpakketten.

Conclusie

Aluminium extrusie blinkt uit in het koelen van EV-batterijen dankzij de thermische, structurele en ontwerpvoordelen. Slimme ontwerpen met interne kanalen en vinnen verbeteren de koeling. Strenge tests garanderen prestaties en duurzaamheid. Veel packs combineren extrusie met een behuizing om gewicht, kosten en assemblagetijd te besparen. In het algemeen speelt extrusie een sleutelrol in veilige, efficiënte en compacte batterijsystemen.