EOS 增材制造助力提升斯图加特方程式赛车冷却性能

来源：EOS

赛车手必须时刻保持冷静，同样赛车也不需要同样控制好温度。这同样适用于带有内燃机和电动机的赛车。其区别在于：在燃油赛车中，发动机必须做好温控，而在电动赛车中，尤其需要考虑蓄电池的温控。斯图加特方程式学生车队通过增材制造的油冷却系统以及 EOS 的支持，解决了这一问题。

面临的挑战
电动赛车的蓄电池不仅要适用于机械应力，还需要适用热应力：避免温度过高或过低。考虑到电子流的特性：如果温度太低，由于内部电阻较高，电子不能足够快地迁移到最大功率输出。如果温度过高，例如，比如最大功率输出保持较长的时间，或者气候炎热的话，则存在电池膜被破坏或加速的风险，甚至达到所谓的热失控的程度。

为了保证蓄电池最佳的工作范围，需要适当的系统配置；液体溶液的优势在于它们可以加热电池并因此保持高性能-当然这在赛车中至关重要。油冷却系统为蓄电池提供了非常好的性能，但是通过传统构造方法需要付出很大的努力：填充量应保持尽可能低，以减轻重量。还需要尽可能减少空间，这在紧凑的赛车中起着重要作用。

“此外，冷却系统中的流量特性对于实现高体积流量也很重要。”斯图加特大学的方程式学生队 Green Team 的 Florian Fröhlich 说，“为了确保最佳流速，必须考虑多个方面，包括合适的设计和尽可能最低的表面阻力”。

赛车队的目的是确保大部分液体在蓄电池的单元区域内不断循环。此外，由于油具有很强的腐蚀性，因此所选材料必须具有一定程度的耐化学性，同时必须遵循整个项目的轻量化特性。无论如何，防火性是赛车必不可少的。

解决方案：使用 PA 2210 FR 材料在 EOS P 396 进行制造
年轻的赛车队开始投入设计能够满足自己愿望的车。冷却系统由通阀结构和进气装置组，对计算流体动力学（CFD）进行模拟仿真，冷却系统设计更加便捷。

通过优化设计后，实现了紧凑的设计和高表面质量，实现了通道的稳定气流。优化后的结构几何形状、集成的空心结构以及数量很少的组成单元，无法通过传统的加工方式实习，而增材制造的方式正是最佳选择。

得益于增材制造技术，复杂的蓄电池系统具备了优异的散热能力（来源：GreenTeamUni Stuttgart）

该团队使用阻燃 PA 2210 FR 作为 3D 打印的材料。腐蚀性冷却剂不会对其造成伤害，因此不会有颗粒溶出并阻塞系统。此外，材料是不导电的，并且满足不可燃性的必要要求。实际的制造过程是在 EOS P 396 上进行的，该系统用于制造高质量的塑料零件。在生产之前，该团队在传输 CAD 数据集之前进行了一些测试。与增材制造一样，实际的打印过程很快就完成了。

“生产非常顺利，材料也达到了预期。我们能够按计划并在很短的时间内将我们的解决方案转换为可靠且可正常运行的实际组件，” Florian Fröhlich 解释说，“对于理想的赛车手来说，围绕理想的流动通道开发合适的结构的能力简直就是完美的选择。我已经知道，我将尽可能地将这种经验带入我的职业生涯中。仅仅是因为结果是如此令人信服。”

成果：重量减至仅 225 克，冷却性能大幅提升
数据也证明了令人满意的结果。如上所述，如果持续使用大量电源，用于为赛车供电的蓄电池会变得非常热。通过优化的冷却系统，GreenTeam 现在可以在整个比赛中的任何时候使用最大 80 kW 的最大功率。此外，该解决方案可以在比赛开始时将电池组预热到 45 摄氏度，以便从第一圈开始就可以使用此电源。这为比赛团队带来了显着的性能优势。

此外，轿厢中每克的重量和每立方厘米的空间都代表着赛道上的顶级性能。因为整个冷却系统不带泵、软管和油，重量仅 225 克；其中，额外的防火性能已经包括在内。最重要的是，这是理想的方式，它可以理想地利用能量单元中的有限空间来填充理想数量的冷却介质油，从而确保永久性的油浴。这也是唯一可以理想地利用有限的空间，以填充理想数量的冷却介质油，从而确保永久性的油浴。

“我们顺利完成冷却系统的安装。阻燃材料符合 UL94V-0 的防火要求。我们对结果非常满意。该冷却系统可以像我们预期的那样工作。从我们的角度来看，增材制造是唯一可以生产我们零件的技术。”GreenTeam的 Florian Fröhlich 总结道。这也为比赛的结果带来了回报：自 2010 年以来，车队一直名列电动汽车世界排名前十位。随着学生对创新和令人信服的技术的渴望，这种情况将在未来保持下去。