Thermal Management Analysis in High Voltage Junction Boxes of Electric Trucks
2025 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE credits
Student thesis
Abstract [en]
As Sweden aims its goals to achieve net zero emissions of green house gases by 2045,the transport sector is accountable for a crucial share of the emissions. For several decades, Sweden has already established electric cars. Through out the time, electric buses, trucks and other heavy-duty vehicle are deliberately being placed to function allaround Sweden. With the increase of battery electric trucks operating in Sweden, the need of having a reliable vehicle charging technology is growing equally. Optimizing the charging infrastructure involves efficient power management coupled with minimizing the production costs of electrical components within the vehicle.
This thesis delivers a comprehensive thermal management analysis of high-voltage junction boxes in battery electric trucks with a focus on optimizing several cooling strategies for the busbars operated under a steady-state condition. The evaluation is done for three contrasting thermal designs: Model A using only natural convection method, Model B using passive cooling methods with extruded aluminum fins on the box and Model Cusing forced-air cooling method with integrated fans. In addition to the cooling method comparison, each model is is computed across five busbar thicknesses, ranging from 5 mm to 9 mm. The purpose behind thickness variety is to investigate the impact of conductor size on thermal behavior.All the different configuration performed a thermal simulation using ANSYS Fluent. They are then evaluated using key performance indicators including average and maximum temperatures, surface heat flux, thermal resistance, andsystem cost.
The results indicate that Model C achieves the lowest operating temperatures and most stable thermal gradients but suffers with the highest manufacturing and integration costs. Whereas, Model B developed a balanced performance that offers a combination of good thermal behaviour with a better cost-effectiveness and system simplicity. All varieties of thermal improvements lessen after thickness of 7 mm. A thorough framework was formed by integrating a weighted scoring method to identify the most advantageous out of these factors: thermal performance, thermal resistance, cost, and system weight. The investigation offers Model B with a 5 mm busbar as the most practical and thermally efficient design. The results featured that Model B has a good balance of trade-offs between cooling performance and overall system’s manufacture. This thesis provides designin sights for thermally stable, cost-efficient high-voltage junction boxes, with sustainability consideration that support a scalable and reliable electric vehicle architecture.
Abstract [sv]
Sverige har som mål att uppnå nettonollutsläpp av växthusgaser till år 2045, där transportsektorn står för en betydande andel av utsläppen. Elbilar har varit etablerade i Sverige i flera decennier, och med tiden har även eldrivna bussar, lastbilar och andra tunga fordon successivt implementerats i hela landet. I takt med att antalet batterielektriska lastbilar ökar, växer också behovet av tillförlitlig laddningsteknik. Att optimera laddinfrastrukturen innebär att kombinera effektiv energihantering med minimerade produktionskostnader för elektriska komponenter i fordonet.
Denna avhandling presenterar en omfattande analys av termisk hantering i högspänningskopplingsdosor i batterielektriska lastbilar, med fokus på att optimera olika kylstrategier för kopparledare (busbars) under stationära driftförhållanden. Tre olika termiska designlösningar har utvärderats: Modell A, som utnyttjar naturlig konvektion; Modell B, med passiv kylning via extruderade aluminiumflänsar; och Modell C, med aktiv kylning genom integrerade fläktar. Utöver jämförelsen mellan kylmetoder har varje modell analyserats med fem olika ledartjocklekar, från 5 mm till 9 mm, för att undersöka hur storleken på ledaren påverkar dess termiska beteende. Alla konfigurationer har simulerats termiskt i ANSYS Fluent och utvärderats utifrån nyckelindikatorer såsommedel- och maxtemperatur, värmeflöde vid ytan, termisk resistans och systemkostnad.
Resultaten visar att Modell C uppnår de lägsta driftstemperaturerna och de mest stabila termiska gradienterna, men till priset av de högsta tillverknings- och integrationskostnaderna. Modell B uppvisar däremot en balanserad prestanda som kombinerar god termisk funktion med bättre kostnadseffektivitet och systemmässig enkelhet. Samtliga förbättringar i den termiska prestandan avtar efter en tjocklek på 7 mm. En struktureradutvärderingsram togs fram genom att tillämpa en viktad poängsättningsmetod för att identifiera den mest fördelaktiga lösningen baserat på faktorerna: termisk prestanda, termisk resistans, kostnad och systemvikt. Undersökningen visar att Modell B med en 5mm tjock busbar är den mest praktiska och termiskt effektiva designen. Resultaten lyfter fram att Modell B erbjuder en välavvägd kompromiss mellan kylprestanda och systemets tillverkningsmässiga krav. Denna avhandling ger designinsikter för termiskt stabila och kostnadseffektiva högspänningskopplingsdosor, med hållbarhetsaspekter som stödjer en skalbar och tillförlitlig arkitektur för eldrivna tunga fordon.
Place, publisher, year, edition, pages
2025. , p. 104
Series
TRITA-ITM-EX ; 2025:544
Keywords [en]
Thermal Analysis, High-Voltage Junction Box, Busbars, Cost effectiveness
Keywords [sv]
Termisk analys, Högspänningskopplingsbox, Samlingsskenor, Kostnadseffektiv
National Category
Engineering and Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-372020OAI: oai:DiVA.org:kth-372020DiVA, id: diva2:2008519
External cooperation
Scania AB
Supervisors
Examiners
2025-10-232025-10-23