EOS 增材制造助力提升斯圖加特方程式賽車冷卻性能

來源：EOS

賽車手必須時刻保持冷靜，同樣賽車也不需要同樣控制好溫度。這同樣適用于帶有內燃機和電動機的賽車。其區(qū)別在于：在燃油賽車中，發(fā)動機必須做好溫控，而在電動賽車中，尤其需要考慮蓄電池的溫控。斯圖加特方程式學生車隊通過增材制造的油冷卻系統(tǒng)以及 EOS 的支持，解決了這一問題。

面臨的挑戰(zhàn)
電動賽車的蓄電池不僅要適用于機械應力，還需要適用熱應力：避免溫度過高或過低。考慮到電子流的特性：如果溫度太低，由于內部電阻較高，電子不能足夠快地遷移到最大功率輸出。如果溫度過高，例如，比如最大功率輸出保持較長的時間，或者氣候炎熱的話，則存在電池膜被破壞或加速的風險，甚至達到所謂的熱失控的程度。

為了保證蓄電池最佳的工作范圍，需要適當的系統(tǒng)配置；液體溶液的優(yōu)勢在于它們可以加熱電池并因此保持高性能-當然這在賽車中至關重要。油冷卻系統(tǒng)為蓄電池提供了非常好的性能，但是通過傳統(tǒng)構造方法需要付出很大的努力：填充量應保持盡可能低，以減輕重量。還需要盡可能減少空間，這在緊湊的賽車中起著重要作用。

“此外，冷卻系統(tǒng)中的流量特性對于實現(xiàn)高體積流量也很重要。”斯圖加特大學的方程式學生隊 Green Team 的 Florian Fröhlich 說，“為了確保最佳流速，必須考慮多個方面，包括合適的設計和盡可能最低的表面阻力”。

賽車隊的目的是確保大部分液體在蓄電池的單元區(qū)域內不斷循環(huán)。此外，由于油具有很強的腐蝕性，因此所選材料必須具有一定程度的耐化學性，同時必須遵循整個項目的輕量化特性。無論如何，防火性是賽車必不可少的。

解決方案：使用 PA 2210 FR 材料在 EOS P 396 進行制造
年輕的賽車隊開始投入設計能夠滿足自己愿望的車。冷卻系統(tǒng)由通閥結構和進氣裝置組，對計算流體動力學（CFD）進行模擬仿真，冷卻系統(tǒng)設計更加便捷。

通過優(yōu)化設計后，實現(xiàn)了緊湊的設計和高表面質量，實現(xiàn)了通道的穩(wěn)定氣流。優(yōu)化后的結構幾何形狀、集成的空心結構以及數量很少的組成單元，無法通過傳統(tǒng)的加工方式實習，而增材制造的方式正是最佳選擇。

得益于增材制造技術，復雜的蓄電池系統(tǒng)具備了優(yōu)異的散熱能力（來源：GreenTeamUni Stuttgart）

該團隊使用阻燃 PA 2210 FR 作為 3D 打印的材料。腐蝕性冷卻劑不會對其造成傷害，因此不會有顆粒溶出并阻塞系統(tǒng)。此外，材料是不導電的，并且滿足不可燃性的必要要求。實際的制造過程是在 EOS P 396 上進行的，該系統(tǒng)用于制造高質量的塑料零件。在生產之前，該團隊在傳輸 CAD 數據集之前進行了一些測試。與增材制造一樣，實際的打印過程很快就完成了。

“生產非常順利，材料也達到了預期。我們能夠按計劃并在很短的時間內將我們的解決方案轉換為可靠且可正常運行的實際組件，” Florian Fröhlich 解釋說，“對于理想的賽車手來說，圍繞理想的流動通道開發(fā)合適的結構的能力簡直就是完美的選擇。我已經知道，我將盡可能地將這種經驗帶入我的職業(yè)生涯中。僅僅是因為結果是如此令人信服。”

成果：重量減至僅 225 克，冷卻性能大幅提升
數據也證明了令人滿意的結果。如上所述，如果持續(xù)使用大量電源，用于為賽車供電的蓄電池會變得非常熱。通過優(yōu)化的冷卻系統(tǒng)，GreenTeam 現(xiàn)在可以在整個比賽中的任何時候使用最大 80 kW 的最大功率。此外，該解決方案可以在比賽開始時將電池組預熱到 45 攝氏度，以便從第一圈開始就可以使用此電源。這為比賽團隊帶來了顯著的性能優(yōu)勢。

此外，轎廂中每克的重量和每立方厘米的空間都代表著賽道上的頂級性能。因為整個冷卻系統(tǒng)不帶泵、軟管和油，重量僅 225 克；其中，額外的防火性能已經包括在內。最重要的是，這是理想的方式，它可以理想地利用能量單元中的有限空間來填充理想數量的冷卻介質油，從而確保永久性的油浴。這也是唯一可以理想地利用有限的空間，以填充理想數量的冷卻介質油，從而確保永久性的油浴。

“我們順利完成冷卻系統(tǒng)的安裝。阻燃材料符合 UL94V-0 的防火要求。我們對結果非常滿意。該冷卻系統(tǒng)可以像我們預期的那樣工作。從我們的角度來看，增材制造是唯一可以生產我們零件的技術。”GreenTeam的 Florian Fröhlich 總結道。這也為比賽的結果帶來了回報：自 2010 年以來，車隊一直名列電動汽車世界排名前十位。隨著學生對創(chuàng)新和令人信服的技術的渴望，這種情況將在未來保持下去。