Tepelný management pro automobilový průmysl

Miniaturizace a systémová integrace jsou v popředí vývoje automobilové elektroniky, který je zase poháněn poptávkou po vozidlech s vyšší palivovou účinností, vylepšenou bezpečností, bezproblémovou konektivitou a autonomní funkčností. V důsledku toho se návrh obvodů vyvinul tak, aby vyhovoval požadavkům na vyšší energetickou účinnost.

S menšími elektronickými součástkami a vyšší hustotou energie se tepelný management ve vozidlech stává problémem.

S menšími zařízeními, která mají menší povrch, aby fungovala jako chladiče, zůstává odvádění tepla z těchto systémů provozní a bezpečnostní výzvou.

Tepelný management je vyvíjející se odvětví designu vozidel, které využívá pokročilé materiály tepelného rozhraní (TIM), které umožňují lepší odvod tepla z obvodů.

Tepelné hospodářství v interiéru vozidla

Některé z hlavních elektronických součástek generujících teplo v interiéru vozidla jsou:

Informační a zábavní systémy vozidla

Tyto vysoce integrované, výkonné systémy s více displeji, pomocí kterých řidič ovládá různé funkce, jako je Bluetooth, GPS, audio atd.

Výzva: Současné informační a zábavní systémy obsahují velké množství obvodů a LED čipů, které generují velké množství tepla, což vyžaduje správný tepelný management.

Pokročilé asistenční systémy řidiče (ADAS)
ADAS integruje více systémů v celém vozidle, jako např B. Senzory, kamery, funkce připojení a především datový modul, který kombinuje informace získané z různých komponent.

Výzva: Vysoký datový výstup těchto systémů vyžaduje efektivní odvod tepla, který zajišťuje trvalou spolehlivost a funkci.

Tepelný management mimo kabinu vozidla

Mimo kabinu se tepelný management stává o něco složitějším, protože komponenty jsou vystaveny nejen vyšším provozním teplotám, ale také různým faktorům prostředí, jako je vlhkost, soli, korozivní výpary a extrémní povětrnostní podmínky.

Kvůli mechanické a fyzické ochraně jsou často utěsněny, takže je ještě obtížnější odvádět přebytečné teplo a chladit.

Mezi tyto komponenty patří:

Řídicí jednotky motoru (ECU)
ECU řídí všechny elektronické aspekty vozidla, od hnacího ústrojí až po systém centrálního zamykání. ECU spoléhají na nepřerušovaný tok dat mezi vstupními snímači a výstupními součástmi pro řízení funkce motoru.

Výzva: Vzhledem k velkému množství informací generovaných těmito systémy je řízení teploty zásadní pro zajištění funkční integrity a kontinuity.

Ovládání brzdového systému
Tyto a další třídy senzorů jsou doplňkové systémy, které jsou umístěny mimo kabinu cestujících a vytvářejí teplo.

Výzva: Rychlý a účinný odvod tepla z těchto systémů je zásadní pro hladký a bezpečný provoz jakéhokoli vozidla.

E-mobilita s ještě většími výzvami pro tepelný management

Vzestup společností, jako je Tesla, donutil automobilky předefinovat firemní strategie a přizpůsobit se požadavkům trhu řízeným novými preferencemi spotřebitelů. Rostoucí poptávka po elektrických vozidlech (EV) a hybridních elektrických vozidlech (HEV) představuje pro výrobce automobilů nové konstrukční výzvy, jak snížit výrobní náklady, zvýšit dojezd baterií, snížit hmotnost a zlepšit bezpečnost a spolehlivost.

Stejně jako spalovací motory jsou hnací ústrojí srdcem elektrických vozidel. Hlavní součásti elektrických vozidel jsou

• sadu baterií,
• elektromotor a
• systém přeměny energie.

Jednou z největších výzev v konstrukci elektrických vozidel je maximalizace výkonu při minimalizaci velikosti a hmotnosti baterie.

Jednou ze strategií je zkombinovat systém přeměny energie a elektromotor do jediné jednotky a zároveň zmenšit velikost každé součásti. I když tento přístup zlepšuje hustotu výkonu a účinnost elektrického pohonu, zvyšuje riziko selhání motoru v důsledku přehřátí. Proto je tepelný management kritický v obou komponentách.

elektromotory

Elektromotory přeměňují elektrickou energii na mechanickou energii a jsou jednou z hlavních součástí pohonných jednotek EV.

Výzva: Teplo může snížit výkon motoru a zkrátit jeho životnost. Proto je důležité odvádět teplo z motoru rychle a efektivně.

systémy přeměny energie

Výkonová elektronika vozidla je součástí hnacího ústrojí, která řídí elektrickou energii a přenáší ji do ostatních systémů a také řídí otáčky a točivý moment motoru. Skládá se ze tří hlavních elektronických součástí:

• palubní nabíječka (OBC),
• invertorový systém (moduly IGBT) a
• DC/DC měnič.

Aby se ušetřilo místo a snížila celková hmotnost, a tím se zvýšil dojezd, strategie designu se zaměřila na zmenšení velikosti a konsolidaci součástí.

Výzva: Tyto komponenty pracují s vysokým napětím a spotřebovávají hodně energie, což pomáhá zkrátit dobu nabíjení. Vyvíjené teplo je však obtížné regulovat, protože zmenšená velikost součástí nabízí menší plochu pro odvod tepla.

bateriové systémy

Konstrukce těchto systémů má zásadní vliv na dojezd, hustotu výkonu, dobu nabíjení a dlouhodobý výkon elektromobilu.

Výzva: Stejně jako u všech elektronických součástek je řízení teploty obtížnější, protože se baterie zmenšují. Kromě tepelného managementu musí být také zaručena strukturální integrita spojení mezi buňkami a buňkami.

Řešení pro tepelný management v automobilovém sektoru

Abychom vyřešili tyto různorodé designové výzvy a také abychom našim OEM partnerům poskytli možnosti, vyvinuli jsme širokou škálu pokročilých tepelných materiálů včetně mezerových podložek, tepelných směsí, tepelně vodivých lepidel (TCA) a tepelných zapouzdření.

Naše tepelné směsi a výplně mezer vytlačují vzduch na rozhraní komponenta/chladič, aby napomohly odvodu tepla. Naše výplně mezer, které mají jednu z nejvyšších tepelných vodivostí v oboru, jsou slibnou volbou pro efektivní vedení tepla bateriových článků ven z bateriových modulů a poté ven ze samotných bateriových sad.

Tepelně vodivá lepidla plní podobnou funkci, ale poskytují dodatečnou strukturální integritu vytvořením trvalé vazby na rozhraní spárovaných povrchů. Běžně se používají v infotainmentu, autonomních systémech a systémech ADAS ve vozidlech. V elektrických vozidlech se běžně používají pro spojení mezi buňkami a buňkami, aby byla zajištěna strukturální integrita a chlazení bloku.

Nakonec naše tepelně vodivé zalévací hmoty pomáhají chránit součásti před přehřátím a zároveň poskytují vynikající ochranu před nárazy, nárazy a dalšími vlivy prostředí. Ukázalo se, že jsou extrémně účinné v tepelném managementu ECU senzorů a LED světel.

V elektrických vozidlech jsou naše zapouzdřovací materiály spolehlivými materiály pro řízení teploty, které výrobcům pomáhají vytvářet menší, ale spolehlivější elektromotory s vyšší hustotou výkonu.