苏黎世联邦理工学院一个学生的重点项目正在voxeljet的支持下实现一种新型冷却系统的原型。

ethec city电动摩托车中的新型冷却系统确保了电池单元的使用寿命更长。为了向学生们介绍可用于原型制造之外的批量生产的制造工艺,Voxeljet使用粘结剂喷射工艺为原型的创新电池外壳生产了模具。

以惊人的速度和几乎无声无息地骑着电动摩托车穿越广阔的风景,在科幻电影中被认为是理所当然的事情,在现在却因为电池技术的缺陷而严重受挫。2021年,电动车的高速度和长距离几乎总是与极其沉重和庞大的储能系统联系在一起。汽车和卡车可能已经提供了必要的空间,但在通往环境友好型电动摩托车的道路上,工程艺术仍然有一些障碍需要克服。由于缺乏电池容量,市场上已有的相对强大的电动摩托车更适合城市交通,而不适合长途越野旅行。

ethec城市项目的技术方法可以改变这种状况。ethec是 “ETH电动巡洋舰 “的缩写,是由苏黎世瑞士联邦理工学院的学生开发的电动摩托车概念。在 “重点项目 “的框架内,ETH的学生有机会将他们的理论知识应用于实际技术中。项目发起人是inspire AG,它是该校的战略合作伙伴,负责将研究成果转化为实际应用的技术。在2017年开始的ethec项目中,其目的是通过回收制动能量和修改电池设计,大幅提高电动摩托车的效率。同时,由机械工程学生、未来的电气工程师和未来的工业设计师组成的团队必须决定在每种情况下哪种工艺最适合制造所需的部件。由于最初的重点是原型,3D打印是关注的主要焦点。

有限的空间使电池冷却系统变得复杂

瑞士学生通过在自行车前轮上安装轮毂电机,实现了制动能量的回收,即恢复制动能量。

事实证明,如何最好地存储可用的额外能量以增加续航能力是一个棘手的问题。在尽可能小的空间内创造一个高能量密度是一件事。然而,在摩托车上将电池运行时产生的热量保持在一个恒定的水平上,比在大型车辆上更难。然而,最佳的温度管理对电池的使用寿命至关重要。

“电动汽车中的电池冷却通常是借助管道流过电池的冷却剂来完成的,”启发集团热模拟部经理、兼ethec项目协调人Josef Mayr博士解释道。”这种方法的缺点是只能进行点状或线状接触,实际上无法实现与电池的直接接触。鉴于摩托车车架中间的空间有限,最终只有一个概念可以实现:将所有电池单元完全嵌入油浴中。

ethec团队以主要电网的变电站中的变压器冷却系统为模板。”Mayr说:”当设备被打开时,火花四溅,但由于这些设备完全在硅油中游动,因此没有氧气,不可能出现短路。”

以3D打印砂型作为进入批量生产的途径

分成两个模块,ETH的学生总共组装了1260个锂离子电池,总输出功率为15千瓦时。然后,计算机辅助流动模拟被用来创建电池外壳的最佳结构,它不仅要绝对防漏,而且要确保各个电池和硅油流动之间的完美接触。然而,像ethec电池外壳这样大小的物体超出了现有直接金属激光烧结(DMLS)设备的能力。为了 “向学生们展示从原型到批量生产的方法”,约瑟夫-迈尔说,他选择了金属铸造。具体而言,一个3D打印的砂模被用作铸造铝铜合金的模板–简而言之:打印铸造。

ethec团队提供的电池外壳的数字CAD数据构成了voxeljet使用粘合剂喷射3D打印技术生产铸砂模具的基础。在这个过程中,几微米薄的石英砂层和喷射在上面的粘合剂交替分层,直到以最高的精度打印出后来组件的指定几何形状。ETHEC电池外壳最终在位于意大利布雷西亚的Kupral Spa公司的铝铸造厂被铸造出来。

ethec原型的全面实际测试目前仍有待进行。但是,由学生设计的节能电子摩托车的概念显示了令人印象深刻的潜力。最高时速应达到160公里/小时,并且由于回收和新颖的电池概念,ethec城市可以达到约400公里的范围。这个概念是否也能说服潜在的买家,目前还没有定论–为ethec city的工业化系列生产寻找合作伙伴的工作仍在进行。

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