EOS 增材制造助力提升斯圖加特方程式賽車?yán)鋮s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(nèi)燃機(jī)和電動機(jī)的賽車。其區(qū)別在于：在燃油賽車中，發(fā)動機(jī)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(xué)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(jī)械應(yīng)力，還需要適用熱應(yīng)力：避免溫度過高或過低�？紤]到電子流的特性：如果溫度太低，由于內(nèi)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(fēng)險，甚至達(dá)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(dāng)?shù)南到y(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(dāng)然這在賽車中至關(guān)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(gòu)造方法需要付出很大的努力：填充量應(yīng)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(xué)的方程式學(xué)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(shè)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(nèi)不斷循環(huán)。此外，由于油具有很強(qiáng)的腐蝕性，因此所選材料必須具有一定程度的耐化學(xué)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(jìn)行制造
年輕的賽車隊開始投入設(shè)計能夠滿足自己愿望的車。冷卻系統(tǒng)由通閥結(jié)構(gòu)和進(jìn)氣裝置組，對計算流體動力學(xué)（CFD）進(jìn)行模擬仿真，冷卻系統(tǒng)設(shè)計更加便捷。

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

得益于增材制造技術(shù)，復(fù)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(tuán)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(dǎo)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(jìn)行的，該系統(tǒng)用于制造高質(zhì)量的塑料零件。在生產(chǎn)之前，該團(tuán)隊在傳輸 CAD 數(shù)據(jù)集之前進(jìn)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(chǎn)非常順利，材料也達(dá)到了預(yù)期。我們能夠按計劃并在很短的時間內(nèi)將我們的解決方案轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)的能力簡直就是完美的選擇。我已經(jīng)知道，我將盡可能地將這種經(jīng)驗帶入我的職業(yè)生涯中。僅僅是因為結(jié)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(shù)據(jù)也證明了令人滿意的結(jié)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(yù)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(tuán)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(jīng)包括在內(nèi)。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(shù)量的冷卻介質(zhì)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(shù)量的冷卻介質(zhì)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(jié)果非常滿意。該冷卻系統(tǒng)可以像我們預(yù)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(chǎn)我們零件的技術(shù)�！盙reenTeam的 Florian Fröhlich 總結(jié)道。這也為比賽的結(jié)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(xué)生對創(chuàng)新和令人信服的技術(shù)的渴望，這種情況將在未來保持下去。