Die Argomotive GmbH hat im Rahmen einer Diplomarbeit einen Demonstrator im Labormaßstab aufgebaut und verschiedene E-Fluide in ihrer Wirksamkeit bei der Immersionskühlung eines kleinen Akkupacks miteinander verglichen. Vorher wurden die getesteten Thermofluide mit der Theorie von Gütezahlen eingeordnet. Diese entstandene Rangfolge wurde durch die Tests bestätigt. In der linken Abbildung ist der Versuchsaufbau mit der elektrischen Quelle und Senke, dem Kühlkreislauf und der Messtechnik gezeigt. Verwendet wurden u.a. acht 18650-Zellen, ein Volumenstromsensor, ein Wärmetauscher, Reservoir und Pumpe aus einer PC-Wasserkühlung, eine elektronische Last und ein Ladegerät mit Batteriemanagementsystem. Insgesamt wurden fünf Oberflächentemperaturen an der Batterie aufgenommen und in Zusammenhang mit der Pumpenleistung und dem Volumenstrom wurden die getesteten E-Fluide miteinander verglichen.
Um die E-Fluide mit komplexeren Szenarien testen zu können, folgt der Aufbau eines Prüfstandes. In diesem wird ein größerer Akkupack in einem Temperaturschrank sowie die E-Fluide in einem Ölkonditionierer temperiert. Dadurch sind auch Versuche unter 0 °C möglich, mit einer konstanten Umgebungstemperatur des Akkus. Mit der verwendeten Pumpe sind auch wesentlich höhere Strömungsgeschwindigkeiten möglich als in dem Demonstrator.

Dielektrische Thermofluide, auch E-Fluide genannt, sollen hier einen Vorteil bieten und die Zellen effizienter temperieren und mehr Sicherheit gewährleisten, mit einem weniger komplexen Akkuaufbau und mit geringeren Kosten.
Das Wirkprinzip eines dielektrischen Thermofluides ist sehr simpel. Die zu kühlende bzw. temperierende (elektrische) Anlage wird teilweise oder meist vollständig von der Flüssigkeit umspült, sodass der Wärmeübergang zwischen dem Ort der Wärmeerzeugung und dem Kühlmedium optimal ist. Deshalb wird dieses System auch Immersionskühlung genannt. Ein solches System ist in der linken Abbildung vereinfacht dargestellt. Die allgemein niedrigeren Zelltemperaturen und die homogenere Temperaturverteilung in den Zellen durch die Anwendung von E-Fluiden trägt zu einer längeren Zelllebensdauer bei, auch bei hohen Leistungsanforderungen wie dem Schnellladen.
Die dielektrische Natur dieser Fluide ist wichtig, um die Funktion der Anlage zu gewährleisten. Die ersten Anwendungen dieser Flüssigkeiten waren vor allem Hochspannungstransformatoren. Mittlerweile eröffnet sich ein Markt für Thermomanagementsysteme mit E-Fluiden in batterieelektrischen Fahrzeugen und z.B. auch in tauchgekühlten Rechenzentren. Die direkte Umspülung der Zellen hilft bei einer Akkuanwendung im Falle des thermischen Durchgehens außerdem dabei, die Flammenausbreitung von Zelle zu Zelle zu vermeiden und schützt so vor einem Totalausfall.
Weiterhin ist es möglich, auch die E-Motoren und die Leistungselektronik in einem Elektrofahrzeug mit einem E-Fluid zu kühlen, um deren Effizienz zu erhöhen. Damit stehen E-Fluide natürlich auch vor Herausforderungen, welche bisherige Thermofluide nicht bewältigen mussten. Im Falle des Elektromotors sollte das E-Fluid ebenfalls schmieren können, es muss vor Korrosion schützen (vor allem bei Kupfer), mit möglichst vielen Kunststoffen (z.B. Leiterplatten) kompatibel und wenn möglich auch biologisch abbaubar sein. Die dielektrischen Eigenschaften sind eine Grundvoraussetzung, der große Betriebsbereich auch bei sehr niedrigen Temperaturen ein weiteres Wunschkriterium.
Bisherige Anwendungen finden E-Fluide z.B. bei Luxus- und Sportfahrzeugen, aber auch bei Nutzfahrzeugen.

Mit der immer weiter steigenden Nachfrage nach Umweltfreundlichkeit, Effizienz und möglichst kompromisslosen Nutzungsbedingungen in der Automobilbranche aber auch in anderen Industrien, welche zunehmend elektrifiziert werden müssen, werden die Potentiale, welche in Akkus und Elektromotoren stecken, weiter ausgereizt. Akkus als Sekundärspeicher im mobilen oder stationären Einsatz werden immer leistungs- und energiedichter. Damit einher geht das richtige Management aller Zellen, welche ein Akkupack ausmachen. Bisherige populäre Zellchemien haben einen idealen Betriebspunkt zwischen ca. 20 und 40 °C. Unter hohen elektrischen Belastungen heizen die Zellen sich durch ihren Innenwiderstand auf, was bedeutet, dass sie gekühlt werden müssen, um optimal weiter funktionieren zu können. Bei Tieftemperaturen bedeutet das allerdings ebenfalls, dass der Akku geheizt werden muss. Für diese Temperierung ist ein Thermomanagementsystem zuständig. Diese Systeme wurden bei den früheren Akku-Generationen oft mit Luft als Temperierfluid umgesetzt, heute wird vor allem Wasser-Glykol eingesetzt. Durch dessen elektrische Leitfähigkeit ist der Aufwand, die Kühlflüssigkeit von den Zellen fernzuhalten, allerdings sehr hoch. Mit verschiedenen Isolations- und Wärmeübertragungsmaterialien zwischen Zelle und Kühlflüssigkeit kann das eigentliche Potential von Wasser nicht ausgeschöpft werden. Dazu kommt die Problematik des thermischen Durchgehens eines Akkus, welches mit einer Wasser-Glykol-Kühlung im Ernstfall nicht abgewendet werden kann.

Real Driving Emissions

Unter Real Driving Emissions (RDE) wird die Messung der Schadstoffe unter realen Fahrzeug- und Umweltbedingungen verstanden. Hierzu werden mittels einer mobilen Messtechnik (PEMS, Portable Emission Measurement System), die im bzw. am Fahrzeug montiert ist, die Emissionen des Fahrzeuges im Straßenverkehr unter realen Bedingungen gemessen und bewertet. 

RDE-Kompetenz

Die RDE-Messung der Schadstoffe wird unter realen Fahrzeug- und Umweltbedingungen im Straßenverkehr durchgeführt. Dies erfolgt mittels einer mobilen Abgasmesstechnik (PEMS - Portable Emission Measurement System), die im bzw. am Fahrzeug montiert ist. Die Aufgabe, die sich nach der RDE-Messfahrt stellt, ist die Parameter der „realen Bedingungen" und deren direkten Einflüsse auf die Motor- bzw. Abgasnachbehandlungstechnik zu analysieren, zu bewerten und Optimierungspotentiale aufzuzeigen. Zielstellung ist die RDE-kompatible Applikation der Motor- und Abgasnachbehandlungskomponenten um die zukünftigen Gesetzgebungen und der verbundenen In-Use-Tests zu entsprechen – hierzu stehen wir Ihnen gerne mit unser langjährigen Fachkompetenz beiseite.

Wir bieten unseren Kunden folgende Leistungsmodule:

• Design von individuellen RDE-Testzyklen für unterschiedliche Anforderungsgrade (Streckenprofil, Steigung, kummulierte Höhenmeter, Geschwindigkeitsbereiche, etc.)
• Ausrüstung Testfahrzeuge (PEMS, Rohemissionsmessung, Zusatzsensorik NO_X/NH₃-Sensoren, Komponente für Abgasnachbehandlung, etc.)
• Durchführung von RDE-Messungen im RDE-Testzyklus unter Berücksichtigung von den Boundary Conditions
• Auswertung der RDE-Fahrten (Normierungstools CLEAR, EMROAD; weiterführende Tools u. Betrachtungsweisen)
• Analyse der RDE-Fahrten nach Funktionalität der Abgasnachbehandlung und Identifikation von System-Schwachstellen
• Bewertung des Motor-/Abgasnachbehandlungskonzepts (Umsatzverhalten, Auslegung, Applikation, etc.)

  Optional:

• Motorprüfstandsuntersuchung
• Rollenprüfstandsuntersuchung 

Die 20. FAD-Konferenz "Herausforderung - Abgasnachbehandlung" findet am 08. und 09. November 2023 in Dresden statt.

Weiterführende Informationen finden Sie unter https://fad-diesel.de/event/20-fad-konferenz-herausforderung-abgasnachbehandlung-copy-copy/

Die jährliche Fachkonferenz des Förderkreises Abgasnachbehandlungstechnologien für Dieselmotoren (FAD) e.V. findet unter Beteiligung der Argomotive GmbH statt.

Weiterführende Informationen finden Sie unter http://www.fad-diesel.de/aktuelles/16._FAD-Konferenz

Bitte beachten Sie, dass es sich bei den angegebenen Zeiten zum Veranstaltungsbeginn und -ende um vorläufige Angaben handelt.

The Argomotive GmbH is a research and development service provider for the industry. The cooperation with the HTW Dresden and other research institutes creates synergies resulting from a close connection of scientific research and its industry-related implementation.

Under the direction of Prof. Zikoridse as the director of the Research Institute for Automotive Engineering at the HTW Dresden (FiF) and managing director of the Argomotive GmbH an excellent cooperation of both institutions in the field of research and development is guaranteed.

The existing networks and customer contacts of the Research Institute for Automotive Engineering are also used and expanded by the Argomotive GmbH (http://www.fif.mw.htw-dresden.de/ )

By this close cooperation the Argomotive GmbH is also integrated in the interdisciplinary partner network of the Research Association for Diesel Emission Control Technologies -registered association- (FAD e.V.) (http://www.fad-diesel.de/).

The responsibility for carrying out the QS-awarding procedure and the awarding of the quality seal lies with Argomotive GmbH as the contractual partner of FAD e.V. Argomotive GmbH does all the administrative work for the evaluation of the EGA-systems. As a supervisory authority the QS-awarding authority also supervises the application of the quality seal and initiates penalties in case of misuse up to the withdrawal of the QS.

Applications for obtaining the FAD quality seal for a system, separated into type and application field, shall be addressed to the awarding authority: Argomotive GmbH Institute for Efficient and Environmentally Compatible Drive Technologies

The FAD quality seal is only awarded if all test criteria for the quality under application-specific conditions are permanently met concerning:

• Pollutant reduction
• Functionality under application-specific conditions
• Function-related secondary emissions
• Excessive fuel consumption
• Maintenance concept

Further information you find in the following document:
„Regulations for testing components and systems for exhaust aftertreatment (EGA) of diesel engine exhaust gases for obtaining the FAD quality seal (FAD-QS). Part II: Quality requirements to exhaust aftertreatment systems according to FAD-QS criteria.“