Immersion cooling als alternatief voor klassieke EV-koeling
Warmtebeheer als beperkende factor in EV-aandrijflijnen
De verdere elektrificatie van voertuigen gaat samen met hogere vermogensdichtheden in batterij- en aandrijfcomponenten. Daardoor wordt warmtebeheer steeds vaker een beperkende factor voor prestaties, betrouwbaarheid en levensduur van elektrische aandrijflijnen. Klassieke koelconcepten met indirecte vloeistofkoeling via koelplaten en kanalen botsen daarbij op praktische grenzen, zeker wanneer packaging compact moet blijven en vermogenspieken of hogere laadsnelheden thermisch moeten worden beheerst.
In dat kader onderzoekt Flanders Make thermomanagementconcepten die warmte dichter bij de bron afvoeren dan conventionele oplossingen.
Principe van immersion cooling
Immersion cooling is een thermisch beheerconcept waarbij componenten rechtstreeks worden ondergedompeld in een elektrisch isolerende vloeistof. Deze diëlektrische vloeistof kan direct in contact komen met actieve onderdelen zonder elektrische kortsluiting te veroorzaken. Het fundamentele verschil met indirecte koeling is dat de warmte niet eerst via een tussenlaag, behuizing of koelplaat moet worden overgedragen, maar onmiddellijk door de vloeistof wordt opgenomen en afgevoerd.
Door batterij- en aandrijfcomponenten direct te koelen, kan immersion cooling de grenzen van EV-thermomanagement verleggen
Mogelijke technische voordelen
Volgens Flanders Make en beschikbare technische analyses biedt immersion cooling verschillende potentiële voordelen voor EV-aandrijflijnen.
Een eerste voordeel is temperatuuruniformiteit. Door directe koeling over een groter contactoppervlak kunnen lokale hotspots in batterijmodules en vermogenselektronica worden beperkt. Dat kan bijdragen aan stabieler thermisch gedrag en een meer gelijkmatige veroudering van componenten.
Daarnaast kan immersion cooling leiden tot lagere drukverliezen in het koelsysteem. Het gebruik van zeer laagviskeuze diëlektrische vloeistoffen kan het benodigde pompvermogen beperken, wat het energieverbruik van het thermomanagementsysteem beïnvloedt.
Ook op architecturaal vlak biedt het concept perspectief. Minder complexe koelplaten en interne koelkanalen kunnen compactere en eenvoudiger opgebouwde subsystemen mogelijk maken, met bijkomende ontwerpvrijheid voor integratie in het voertuig.
Single-fluid aanpak als onderzoekslijn
Een belangrijke onderzoekslijn bij Flanders Make is de ontwikkeling van een single-fluid aanpak. Daarbij wordt éénzelfde diëlektrische vloeistof ingezet voor meerdere functies binnen de aandrijflijn, zoals koeling en smering van componenten. Een dergelijke integratie kan het aantal subsystemen verminderen en de complexiteit beperken, op voorwaarde dat de vloeistofeigenschappen compatibel zijn met alle materialen en bedrijfscondities binnen het systeem.
Demonstratoren met industriële partners
Samen met industriële partners Lubrizol, DANA, CNH en CISSOID ontwikkelde en valideerde Flanders Make meerdere concrete demonstratoren. Daaronder bevindt zich een immersion-gekoelde batterijmodule op basis van CALB 58 Ah NMC811-cellen. Daarnaast wordt gewerkt aan een nieuwe immersion-gekoelde vermogenselektronicamodule, die zich momenteel in assemblage- en testfase bevindt.
Ter ondersteuning van het systeemontwerp ontwikkelde Flanders Make ook een systeemarchitectuurtool die automatisch duizenden mogelijke koelconfiguraties analyseert en vergelijkt. Die aanpak is bedoeld om sneller tot onderbouwde keuzes te komen op het niveau van componenten, circuitopbouw en systeemarchitectuur.
Immersion cooling maakt compactere EV-aandrijflijnen mogelijk door efficiëntere en gelijkmatigere warmteafvoer
Integratie-eisen in voertuigen
Immersion cooling is niet volledig nieuw en wordt al toegepast in andere sectoren, maar toepassing in voertuigen brengt extra eisen mee. Afdichting, duurzaamheid, trillingsbestendigheid, onderhoudbaarheid en materiaalcompatibiliteit spelen een grotere rol in de automotive-omgeving. Ook de langetermijnstabiliteit van componenten die in contact komen met diëlektrische vloeistoffen vergt validatie, net als de impact op veiligheid, serviceprocedures en systeemdiagnose.
Positionering binnen EV-ontwikkeling
Flanders Make onderzoekt immersion cooling als mogelijke volgende stap in het thermisch beheer van EV-aandrijflijnen. Het concept biedt perspectief voor hogere vermogensdichtheden en compactere ontwerpen, maar vereist verdere ontwikkeling en validatie voordat grootschalige toepassing in serievoertuigen haalbaar is.
