Zarządzanie ciepłem dla przemysłu motoryzacyjnego

Miniaturyzacja i integracja systemów znajdują się na czele rozwoju elektroniki samochodowej, co z kolei jest napędzane przez zapotrzebowanie na pojazdy o wyższej efektywności paliwowej, zwiększonym bezpieczeństwie, bezproblemowej łączności i autonomicznej funkcjonalności. W rezultacie projekt obwodów ewoluował, aby zaspokoić zapotrzebowanie na wyższą wydajność energetyczną.

Przy mniejszych elementach elektronicznych i wyższej gęstości energii zarządzanie temperaturą w pojazdach staje się problemem.

Ponieważ mniejsze urządzenia mają mniejszą powierzchnię do działania jako radiatory, rozpraszanie ciepła z tych systemów pozostaje wyzwaniem w zakresie obsługi i bezpieczeństwa.

Zarządzanie termiczne to rozwijająca się gałąź projektowania pojazdów, która wykorzystuje zaawansowane materiały termiczne (TIM), aby umożliwić lepsze odprowadzanie ciepła z obwodów.

Zarządzanie ciepłem we wnętrzu pojazdu

Niektóre z głównych elementów elektronicznych wytwarzających ciepło we wnętrzu pojazdu to:

Systemy informacyjno-rozrywkowe pojazdu

Te wysoce zintegrowane, wydajne systemy z wieloma wyświetlaczami, za pomocą których kierowca steruje różnymi funkcjami, takimi jak Bluetooth, GPS, audio itp.

Wyzwanie: Dzisiejsze systemy informacyjno-rozrywkowe zawierają dużą liczbę obwodów i chipów LED, które generują dużo ciepła, co wymaga odpowiedniego zarządzania temperaturą.

Zaawansowane systemy wspomagania kierowcy (ADAS)
ADAS integruje wiele systemów w całym pojeździe, takich jak: B. Czujniki, kamery, funkcje łączności, a przede wszystkim moduł danych, który łączy informacje otrzymane z różnych komponentów.

Wyzwanie: Wysoka wydajność danych tych systemów wymaga efektywnego rozpraszania ciepła, które zapewnia ciągłą niezawodność i funkcjonalność.

Zarządzanie temperaturą na zewnątrz kabiny pojazdu

Poza kabiną zarządzanie temperaturą staje się nieco bardziej złożone, ponieważ komponenty są narażone nie tylko na wyższe temperatury pracy, ale także na różne czynniki środowiskowe, takie jak wilgotność, sole, żrące opary i ekstremalne warunki pogodowe.

Często są uszczelniane w celu ochrony mechanicznej i fizycznej, co jeszcze bardziej utrudnia odprowadzanie nadmiaru ciepła i chłodzenia.

Te elementy obejmują:

Jednostki sterujące silnika (ECU)
ECU kontrolują wszystkie elektroniczne aspekty pojazdu, od układu napędowego po centralny zamek. ECU opiera się na nieprzerwanym przepływie danych między czujnikami wejściowymi a komponentami wyjściowymi w celu sterowania pracą silnika.

Wyzwanie: Ze względu na dużą ilość informacji generowanych przez te systemy, zarządzanie temperaturą ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia integralności i ciągłości działania.

Sterowanie układem hamulcowym
Te i inne klasy czujników to dodatkowe systemy, które znajdują się na zewnątrz kabiny pasażerskiej i generują ciepło.

Wyzwanie: Szybkie i wydajne odprowadzanie ciepła z tych systemów ma kluczowe znaczenie dla płynnej i bezpiecznej pracy każdego pojazdu.

Elektromobilność z jeszcze większymi wyzwaniami w zakresie zarządzania ciepłem

Rozwój firm takich jak Tesla zmusił producentów samochodów do przedefiniowania swoich strategii korporacyjnych i dostosowania się do wymagań rynku wynikających z nowych preferencji konsumentów. Rosnące zapotrzebowanie na pojazdy elektryczne (EV) i hybrydowe pojazdy elektryczne (HEV) stawia przed producentami samochodów nowe wyzwania projektowe w zakresie obniżenia kosztów produkcji, zwiększenia zasięgu akumulatorów, zmniejszenia masy oraz poprawy bezpieczeństwa i niezawodności.

Podobnie jak silniki spalinowe, układy napędowe są sercem pojazdów elektrycznych. Główne komponenty w pojazdach elektrycznych to

• akumulator,
• silnik elektryczny i
• system konwersji energii.

Jednym z największych wyzwań w projektowaniu pojazdów elektrycznych jest maksymalizacja mocy wyjściowej przy jednoczesnej minimalizacji rozmiaru i wagi akumulatora.

Jedną ze strategii jest połączenie systemu konwersji mocy i silnika elektrycznego w jedną jednostkę przy jednoczesnym zmniejszeniu rozmiaru każdego komponentu. Takie podejście poprawia gęstość mocy i wydajność napędu elektrycznego, ale zwiększa ryzyko awarii silnika z powodu przegrzania. Dlatego zarządzanie temperaturą ma kluczowe znaczenie w obu komponentach.

silniki elektryczne

Silniki elektryczne przekształcają energię elektryczną w energię mechaniczną i są jednym z głównych elementów układów napędowych pojazdów elektrycznych.

Wyzwanie: Ciepło może zmniejszyć wydajność silnika i skrócić jego żywotność. Dlatego ważne jest szybkie i efektywne odprowadzanie ciepła z silnika.

systemy konwersji energii

Elektronika mocy pojazdu jest częścią układu napędowego, która kontroluje energię elektryczną i przekazuje ją do innych systemów, a także kontroluje prędkość i moment obrotowy silnika. Składa się z trzech głównych elementów elektronicznych:

• ładowarka pokładowa (OBC),
• układ inwertera (moduły IGBT) i
• konwerter DC/DC.

Aby zaoszczędzić miejsce i zmniejszyć całkowitą wagę, a tym samym zwiększyć zasięg, strategia projektowania skupiła się na zmniejszaniu rozmiarów i konsolidacji komponentów.

Wyzwanie: Te komponenty pracują przy wysokich napięciach i zużywają dużo energii, co pomaga skrócić czas ładowania. Jednak wytwarzane ciepło jest trudne do kontrolowania, ponieważ zmniejszony rozmiar elementów zapewnia mniejszą powierzchnię do rozpraszania ciepła.

systemy akumulatorowe

Konstrukcja tych systemów ma duży wpływ na zasięg, gęstość mocy, czas ładowania i długoterminową wydajność pojazdu elektrycznego.

Wyzwanie: podobnie jak w przypadku wszystkich elementów elektronicznych, zarządzanie temperaturą staje się trudniejsze w miarę zmniejszania się akumulatorów. Oprócz zarządzania termicznego należy również zagwarantować integralność strukturalną połączeń komórka-komórka i komórka-paczka.

Rozwiązania do zarządzania ciepłem w branży motoryzacyjnej

Aby rozwiązać te różnorodne wyzwania projektowe, a także zapewnić opcje dla naszych partnerów OEM, opracowaliśmy szeroką gamę zaawansowanych materiałów termicznych, w tym podkładki szczelinowe, mieszanki termiczne, kleje przewodzące ciepło (TCA) i obudowy termiczne.

Nasze pasty termoprzewodzące i wypełniacze szczelin wypierają powietrze na styku komponent/radiator, aby pomóc w rozpraszaniu ciepła. Nasze wypełniacze szczelin, które mają jedną z najwyższych przewodności cieplnych w branży, są obiecującym wyborem do efektywnego odprowadzania ciepła ogniw akumulatora z modułów akumulatorowych, a następnie z samych akumulatorów.

Kleje termoprzewodzące pełnią podobną funkcję, ale zapewniają dodatkową integralność strukturalną, tworząc trwałe wiązanie na styku współpracujących powierzchni. Są powszechnie stosowane w systemach informacyjno-rozrywkowych, autonomicznych i ADAS w pojazdach. W pojazdach elektrycznych są powszechnie stosowane do połączeń między komórkami i między ogniwami, aby zapewnić integralność strukturalną i chłodzenie pakietów.

Wreszcie, nasze przewodzące ciepło związki do zalewania pomagają chronić elementy przed przegrzaniem, zapewniając jednocześnie doskonałą ochronę przed wstrząsami, uderzeniami i innymi wpływami środowiska. Okazały się niezwykle skuteczne w zarządzaniu temperaturą czujników ECU i świateł LED.

W pojazdach elektrycznych nasze enkapsulanty są niezawodnymi materiałami do zarządzania temperaturą, które pomagają producentom budować mniejsze, ale bardziej niezawodne silniki elektryczne o większej gęstości mocy.