Тепловий контроль бортових зарядних пристроїв в електронному охолодженні електроніки

Електричні транспортні засоби готуються до фази швидкого зростання із комбінованим ефектом більшої дальності дії, нижчої вартості акумулятора та швидшої зарядки. Зокрема, продажі електромобілів, що підключаються (PEV), зросли втричі з 2013 року і продовжують зростати понад 40% на рік. Очікується, що за таких темпів зростання 8 з 10 нових автомобілів, проданих у всьому світі в 2030 році, будуть PEV. У деяких країнах, таких як Норвегія, майже третина нових автомобілів, що продаються в даний час, є електричними.

тепловий

Із швидким прийняттям ПЕВ виникають деякі унікальні теплові проблеми. PEV має різні типи теплових навантажень, ніж транспортні засоби внутрішнього згоряння, особливо в батареях та бортовій електроніці для перетворення та управління енергією, що включає в себе зарядний пристрій, перетворювач постійного та постійного струму та інвертор. У той час як управління тепловим режимом батареї займається відведенням тепла, силова електроніка вимагає відводу тепла від щільно упакованих, концентрованих теплових навантажень. Оскільки управління тепловою енергією батареї є важливою темою саме по собі і вже було розглянуто в декількох публікаціях [1], основна увага в цій статті зосереджена на тепловому управлінні компонентами силової електронки.

Однією з ключових проблем у PEV є час, необхідний для зарядки акумуляторів, та наявність розеток. Заряджання ПЕВ класифікується за рівнями 1, 2 та 3 Товариством автомобільних інженерів.

  • Рівень 1 - повільна зарядка при 120/240 В змінного струму та 15 ампер за допомогою стандартних доступних побутових розеток до 3,3 кВт. Перетворення потужності змінного та постійного струму виконується на борту.
  • Рівень 2 - зарядка середньої швидкості з використанням 240 В змінного струму та 60 ампер до 14,4 кіловата від розеток, спеціально створених для заряджання PEV. Перетворення потужності змінного та постійного струму виконується на борту.
  • Рівень 3 - Швидка зарядка, що використовується спеціально для заряджання PEV потужністю понад 14,4 кіловат. У цьому випадку перетворення змінного та постійного струму, як правило, здійснюється поза платою.

Вбудовані зарядні пристрої, що використовуються в основному для перетворення змінного та постійного струму, містять кілька типів силових електронних пристроїв, таких як MOSFET, діоди та магніти. Перевага наявності бортового зарядного пристрою (порівняно із позашляховим) полягає в тому, що автомобіль можна заряджати від розеток змінного струму. Однак це також вимагає від автомобіля додаткової ваги силової електроніки та радіаторів. Нові конструкції інтегрували в зарядний пристрій кілька функціональних можливостей, включаючи двонаправлене перетворення потужності [4], а також перетворення постійного та постійного струму. Це робить загальну конструкцію більш компактною. Малюнок 1 ілюструє різні функції, які можна включити до вбудованого зарядного пристрою разом із різними рівнями зарядки [3].

Електроніка зарядного пристрою повинна бути упакована в корпус, який повинен бути герметичним, щоб запобігти забрудненню навколишнього середовища. Це вимагає, щоб теплові навантаження були термічно пов’язані зі стінами корпусу, щоб ефективно відводити тепло. Отже, стінка корпусу повинна функціонувати як тепловідвід для того, щоб відводити тепло на зовнішнє повітря (або рідину). Щоб забезпечити теплове навантаження тепловим навантаженням на стінку корпусу, слід вибрати відповідний тепловий інтерфейсний матеріал, який забезпечує не тільки хорошу теплопровідність, але й необхідну електричну ізоляцію між пристроєм та корпусом. Температура зовнішнього навколишнього повітря може досягати 50 ° C (найгірший сценарій).