Gestione termica per l'industria automobilistica
La miniaturizzazione e l'integrazione dei sistemi sono in prima linea nello sviluppo dell'elettronica automobilistica, che a sua volta è guidata dalla domanda di veicoli con maggiore efficienza del carburante, maggiore sicurezza, connettività senza interruzioni e funzionalità autonoma. Di conseguenza, la progettazione dei circuiti si è evoluta per soddisfare la richiesta di una maggiore efficienza energetica.
Con componenti elettronici più piccoli e una maggiore densità di energia, la gestione termica nei veicoli diventa un problema.
Con i dispositivi più piccoli che hanno una superficie inferiore per fungere da dissipatori di calore, la dissipazione del calore da questi sistemi rimane una sfida operativa e di sicurezza.
La gestione termica è una branca in evoluzione della progettazione dei veicoli che utilizza materiali di interfaccia termica (TIM) avanzati per consentire una migliore dissipazione del calore dai circuiti.
Gestione del calore all'interno del veicolo
Alcuni dei principali componenti elettronici che generano calore all'interno del veicolo sono:
Sistemi di infotainment del veicolo
Questi potenti sistemi altamente integrati con display multipli, attraverso i quali il conducente controlla una varietà di funzioni come Bluetooth, GPS, audio, ecc.
La sfida: i sistemi di infotainment odierni contengono un gran numero di circuiti e chip LED che generano molto calore, il che richiede un'adeguata gestione termica.
Sistemi avanzati di assistenza alla guida (ADAS)
ADAS integra più sistemi in tutto il veicolo, come B. Sensori, telecamere, funzioni di connettività e soprattutto un modulo dati che unisce le informazioni ricevute dai diversi componenti.
La sfida: l'elevata produzione di dati di questi sistemi richiede un'efficace dissipazione del calore che garantisca affidabilità e funzionalità continue.
Gestione termica all'esterno dell'abitacolo del veicolo
All'esterno dell'abitacolo, la gestione termica diventa un po' più complessa poiché i componenti non sono solo esposti a temperature di esercizio più elevate, ma anche a vari fattori ambientali come umidità, sali, fumi corrosivi e condizioni meteorologiche estreme.
Sono spesso sigillati per la protezione meccanica e fisica, rendendo ancora più difficile dissipare il calore e il raffreddamento in eccesso.
Questi componenti includono:
Unità di controllo del motore (ECU)
Le centraline controllano tutti gli aspetti elettronici di un veicolo, dalla catena cinematica al sistema di chiusura centralizzata. Le centraline si basano su un flusso ininterrotto di dati tra i sensori di ingresso e i componenti di uscita per controllare il funzionamento del motore.
La sfida: a causa della grande quantità di informazioni generate da questi sistemi, la gestione termica è fondamentale per garantire l'integrità funzionale e la continuità.
Controllo dell'impianto frenante
Queste e altre classi di sensori sono sistemi aggiuntivi che si trovano all'esterno dell'abitacolo e generano calore.
La sfida: la dissipazione del calore rapida ed efficiente da questi sistemi è fondamentale per il funzionamento regolare e sicuro di qualsiasi veicolo.
E-mobility con sfide ancora maggiori per la gestione termica
L'ascesa di aziende come Tesla ha costretto le case automobilistiche a ridefinire le proprie strategie aziendali e ad adattarsi alle richieste del mercato guidate dalle nuove preferenze dei consumatori. La crescente domanda di veicoli elettrici (EV) e veicoli elettrici ibridi (HEV) presenta alle case automobilistiche nuove sfide di progettazione per ridurre i costi di produzione, aumentare l'autonomia della batteria, ridurre il peso e migliorare la sicurezza e l'affidabilità.
Come i motori a combustione interna, i propulsori sono il cuore dei veicoli elettrici. I componenti principali nei veicoli elettrici sono
- il pacco batterie,
- il motore elettrico e
- il sistema di conversione dell'energia.
Una delle maggiori sfide nella progettazione di veicoli elettrici è massimizzare la potenza erogata riducendo al minimo le dimensioni e il peso della batteria.
Una strategia consiste nel combinare il sistema di conversione della potenza e il motore elettrico in un'unica unità riducendo le dimensioni di ogni componente. Sebbene questo approccio migliori la densità di potenza e l'efficienza dell'e-drive, aumenta il rischio di guasto del motore dovuto al surriscaldamento. Pertanto, la gestione termica è fondamentale in entrambi i componenti.
Motori elettrici
I motori elettrici convertono l'energia elettrica in energia meccanica e sono uno dei componenti principali dei propulsori EV.
Sfida: il calore può ridurre le prestazioni di un motore e ridurne la durata. Pertanto, è importante allontanare il calore dal motore in modo rapido ed efficiente.
sistemi di conversione dell'energia
L'elettronica di potenza del veicolo è la parte del gruppo propulsore che controlla l'energia elettrica e la trasmette agli altri sistemi, oltre a controllare la velocità e la coppia del motore. Si compone di tre componenti elettronici principali:
- il caricatore di bordo (OBC),
- il sistema inverter (moduli IGBT) e
- il convertitore CC/CC.
Per risparmiare spazio e ridurre il peso complessivo, aumentando così la portata, la strategia di progettazione si è concentrata sul ridimensionamento e sul consolidamento dei componenti.
La sfida: questi componenti funzionano con tensioni elevate e consumano molta energia, il che aiuta a ridurre i tempi di ricarica. Tuttavia, il calore generato è difficile da controllare perché le dimensioni ridotte dei componenti offrono una minore superficie per la dissipazione del calore.
sistemi di batterie
La progettazione di questi sistemi ha un impatto importante sull'autonomia, sulla densità di potenza, sul tempo di ricarica e sulle prestazioni a lungo termine di un veicolo elettrico.
Una sfida: come per tutti i componenti elettronici, la gestione termica diventa più difficile man mano che i pacchi batteria diventano più piccoli. Oltre alla gestione termica, deve essere garantita anche l'integrità strutturale delle connessioni cellula-cella e cellula-pack.
Soluzioni per la gestione termica nel settore automotive
Per risolvere queste diverse sfide di progettazione e anche per fornire opzioni ai nostri partner OEM, abbiamo sviluppato un'ampia gamma di materiali termici avanzati, inclusi gap pad, composti termici, adesivi termicamente conduttivi (TCA) e incapsulanti termici.
I nostri composti termici e riempitivi di spazi vuoti spostano l'aria sull'interfaccia componente/dissipatore di calore per favorire la dissipazione del calore. I nostri riempitivi, che hanno una delle più alte conduttività termiche del settore, sono una scelta promettente per condurre in modo efficiente il calore delle celle della batteria dai moduli batteria e quindi dai pacchi batteria stessi.
Gli adesivi termicamente conduttivi svolgono una funzione simile ma forniscono un'ulteriore integrità strutturale creando un legame permanente all'interfaccia delle superfici di accoppiamento. Sono comunemente usati nei sistemi di infotainment, autonomi e ADAS nei veicoli. Nei veicoli elettrici, sono comunemente usati per le connessioni cellula-cellula e cellula-imballo per garantire l'integrità strutturale e il raffreddamento del pacco.
Infine, i nostri composti per impregnazione termicamente conduttivi aiutano a proteggere i componenti dal surriscaldamento fornendo allo stesso tempo un'eccellente protezione da urti, impatti e altre influenze ambientali. Si sono dimostrati estremamente efficaci nella gestione termica dei sensori ECU e delle luci a LED.
Nei veicoli elettrici, i nostri incapsulanti sono materiali affidabili per la gestione termica che aiutano i produttori a costruire motori elettrici più piccoli ma più affidabili con densità di potenza più elevate.
