Kunststoffe für mehr Spannung

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Mit den 800 V Elektroautos werden EMI-Abschirmung und Wärmeleitung wichtiger. Mit spezielle Compounds geht dies auch ohne schwere Metallgehäuse.

Bei Porsche gibt man zu verstehen: „800 Volt sind sicher wichtiger als 800 PS“. Denn nach Einschätzungen des Sportwagenherstellers ist ein differenzierendes Merkmal der Elektromobilität, mit welcher Spannung der Antrieb betreiben und die Akkus geladen werden können. Denn mehr Spannung heißt weniger Verlustleistung in den elektrischen Leitern, und damit mehr Fahrdynamik und Reichweite, schnelleres Laden der Lithium-Ionen-Batterie. „Daher werden künftige Elektroautos zunehmend auf 800 Volt setzen“, sagt Dr. Tamim P. Sidiki, Global Marketing Director Electronics beim niederländischen Chemiehersteller DSM.

800-Volt-Autos brauchen neue Kunststoffe

Dr. Tamim P. Sidiki, Global Marketing Director Electronics, DSM: Polymere mit speziellen Füllstoffen leitfähig ausrüsten. Foto: DSM

Doch eine höhere Betriebsspannung stellt neue Herausforderungen: Die Brandgefahr steigt, entstehende Hitze muss effizient abgeleitet werden. Und die elektrischen Komponenten für den Antriebsstrang sind bei höherer Betriebsspannung mehr denn je Quellen ungewollter elektromagnetischer Strahlung. Aspekte zur elektromagnetischen Verträglichkeit spielen somit eine noch wichtigere Rolle, um mögliche nachteilige Auswirkungen auf andere elektronische Systeme (sowohl On- als auch Offboard) zu vermeiden.

Daher sind bislang insbesondere sind die elektronischen Steuergeräte sowie die Module von Antrieb und Akku-Management von Metallgehäusen umgeben, die diese Elemente vor Hitze und schützen und gegen elektromagnetische Strahlung abschirmen. Denn Metalle sind gute thermische und elektrische Leiter. Kunststoffe, die als Leichtbaumaterialien im Fahrzeugbau zunehmend verwendet werden, in aller Regel nicht.

„Unser Ziel ist es daher, nicht leitfähige Polymere mit speziellen Füllstoffen leitfähig auszurüsten, möglichst ohne deren mechanische Eigenschaften zu beeinträchtigen“, erklärt Sidiki. „Hierzu ist es erforderlich, die Füllstoff-Dispergierung und -Orientierung zu kontrollieren.“

EMI-Abschirmung mit weniger Füllstoff

Für die EMI-Abschirmung verwendet DSM als Füllstoff keine Pulver, sondern röhrenartige Stäbchen, die in richtiger Orientierung in der Polymermatrix schon bei Füllgraden ab 33 Vol-%. elektrische Leiterbahnen schaffen (siehe Grafik). Bei anderen Füllstoffen braucht man deutlich höhere Füllgrade, was das Compound spröde macht.

Röhrenartige Stäbchen gleicher Orientierung schaffen schon bei Füllgraden ab 33 Volumenprozent %. in der Polymermatrix elektrische Leiterbahnen. Grafik: DSM

Ein neues Sortiment leitfähiger Kunststoffe, das DSM auf der K-Messe vorstellen wird, ermöglicht den Austausch der aus Metall bestehenden Gehäuse, denn sie schützen vor elektromagnetischer Interferenz (EMI) über ein breites Frequenzspektrum. „Sie können so zu einer Gewichtsreduzierung um bis zu 50 % führen und je nach Kunststoffstärke und Frequenz eine EMI-Abschirmwirkung zwischen 40 und 60 dB erreichen“, erläutert Sidiki.

Damit seht dem weiteren Metallersatz bei E-Autos, auch bei den künftigen 800-Volt-Boliden, ein weiterer Baustein zur Verfügung.

mg

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