Innovative Kühltechnologie für zukünftige elektrische Flugzeuge
Für die Realisierung der Vision von elektrischen Flugzeugen wird die Reduzierung des Gewichts von eingebetteten Geräten dazu beitragen, den Energieverbrauch zu reduzieren. Die heutige Leistungselektronik in der Luftfahrt verwendet flüssigkeits- und/oder luftgekühlte Systeme. Diese Techniken haben sich als zuverlässige und robuste Technik bewährt. Allerdings sind sie schwer und in Bezug auf die Extraktion des Wärmestroms von Wandlern mit hoher Leistung und Dichte begrenzt. Um dieses Problem anzugehen, befasste sich das EU-finanzierte Projekt BECOOL (Bi-phase cooling system suitable for power electronics dedicated to more electrical aircraft) mit der Entwicklung eines kompletten Kühlsystems auf Basis von zweiphasigen Techniken. Insgesamt bestand das Ziel darin, thermische Zwänge, Gewicht und Abmessungen von Leistungselektronikmodulen erheblich zu reduzieren. Zu Beginn wurden die Wärmemanagement-Spezifikationen des zukünftigen Leistungsmoduls definiert. Eine Situations- und Marktstudie von bestehenden und fortschrittlichen zweiphasigen Kühltechniken bestätigte, dass das BECOOL-Konzept völlig neu ist und kein Standardprodukt vorhanden ist. Außerdem kann es potenziell die wichtigsten Fragen in Bezug auf ein tatsächliches zweiphasiges Loop-System lösen. Die Projektpartner verwendeten thermische Werkzeuge, um die Parameter des Loop-Systems hinsichtlich Volumenstrom der Pumpe, Arbeitstemperatur des Expansionstanks und des Wirkungsgrads des Kondensators anzustimmen. Die BECOOL-Lösung ist in der Lage, 600 Watt Leistung aufzunehmen, wobei die Arbeitstemperaturgrenze des Leistungswandlers bei rund 90 Grad Celsius liegt. Das Team von BECOOL führte an dem Gerät Tests mit echten Leistungsmodulen durch. Weitere Tests zeigten, dass der Verdampfer rasch reagiert, um bei Aufladung die Arbeitstemperatur des Leistungsmoduls zu erreichen. Schließlich definierten die Wissenschaftler eine Liste von technischen Änderungen, um das Kühlsystem zu verbessern und seine endgültige Größe und das Gewicht zu bestätigen. BECOOL stellte ein Kühlsystem mit optimierten thermischen und physischen Eigenschaften vor. Die Energieeffizienz an Bord sollte Europas Weg zu mehr elektrischen Flugzeugen ebnen.
Schlüsselbegriffe
Leistungselektronik, elektrische Flugzeuge, Stromverbrauch, BECOOL, Bi-Phasen-Kühlsystem
