Akkumoduulin nestejäähdytysratkaisun suunnittelu ja rakenteen esivalmistus

Abstract

Sähköisissä ratamoottoripyörissä suurjännitteisten akkumoduulien lämmönhallinta ja erityisesti jäähdytys ovat kriittisiä niiden turvallisen toiminnan varmistamiseksi ja tehojen täysimääräisen hyödyntämisen kannalta. Tässä opinnäytetyössä suunnitellaan pienen 36 sylinterimäistä 18650-akkukennoa sisältävän akkumoduulin nestejäähdytysratkaisu käyttäen systemaattisen suunnittelun standardia VDI 2221. Suunnittelun lisäksi akkumoduuli jäähdytysratkaisuineen valmistetaan kehitetyn suunnitelman mukaan.

Työn keskeisimpiä tuloksia ovat suunnittelun tuloksena syntynyt jäähdytysratkaisu, jossa jäähdytys toteutetaan akkumoduulin pohjasta jäähdytyslevyn avulla. Lisäksi esivalmistusvaiheessa tehdyt havainnot valmistettavuudesta ovat tärkeitä tuloksia niin onnistumisineen kuin kohdattuineen haasteineen. Erityisenä onnistumisena voi pitää jäähdytyslevyn prässäyksen ja siihen tehtyjen muottien onnistumista. Suurimmaksi haasteeksi puolestaan osoittautuu laserhitsaus etenkin virtakiskojen hitsauksessa akkukennoihin.

Esivalmistusvaiheessa tehdyt havainnot osoittavat, että jäähdytysratkaisun valmistamiseksi tehty suunnitelma on teoriassa hyvä, mutta käytännön valmistus vaatii vielä jatkokehittelyä. Akkumoduulin jäähdytysratkaisun parantamiseksi annetaan useita jatkokehitysehdotuksia. Niistä ensimmäiset koskevat virtakiskojen laserhitsauksen onnistumisen varmistamista. Esimerkiksi akkukennojen vaihtaminen rakenteeltaan hieman erilaisiin olisi kokeilemisen arvoista.

In electric track motorcycles thermal management and cooling are critical factors in ensuring the safe operation as well as enabling the full utilization of the power of the high voltage battery pack. In this thesis a liquid cooling solution of a small battery pack containing 36 18650-cells is designed using the systematic product design standard VDI 2221. In addition, the cooling solution is manufactured according to the proposed design.

The most essential results of this thesis are the designed cooling solution in which the cooling is implemented from the underside of the module. Furthermore, the observations done during the prefabrication phase are important results highlighting the successes and faced challenges. Particular success is the pressing of the cooling plate and the successful press moulds. On the other hand, the greatest challenge turned out to be the laser welding of the busbars.

Observations done during the prefabrication phase show that the manufacturing plan of the cooling plate is good in theory but in practise the manufacturing processes still needs some refining. Further development proposals are made to improve the cooling solution. The first proposals aim to ensure the successful welding of the busbars. For example, changing the battery cells to ones with a slightly different structure would be worth trying.