Managementul termic al încărcătoarelor la bord în răcirea electronică a vehiculelor electronice

Vehiculele electrice sunt pregătite pentru o fază de creștere rapidă, cu efect combinat de autonomie mai mare, costuri mai mici ale bateriei și o rată de încărcare mai rapidă. În special, vânzările de vehicule electrice plug-in (PEV) s-au triplat din 2013 și continuă să crească cu peste 40% pe an. Se așteaptă ca la aceste rate de creștere, 8 din 10 mașini noi vândute la nivel global în 2030 să fie un PEV. În unele țări precum Norvegia, aproape o treime din mașinile noi vândute sunt în prezent electrice.

termic

Odată cu adoptarea rapidă a PEV-urilor, apar niște provocări termice unice. PEV are diferite tipuri de sarcini de căldură decât vehiculele cu ardere internă, în special în baterii și electronice la bord pentru conversia și gestionarea puterii, care includ încărcătorul la bord, convertorul de curent continuu și invertor. În timp ce gestionarea termică a bateriei se ocupă cu eliminarea căldurii în vrac, dispozitivele electronice de putere necesită îndepărtarea căldurii din încărcăturile de căldură concentrate bine ambalate. Deoarece gestionarea termică a bateriei este un subiect important de la sine și a fost deja abordată în mai multe publicații [1], accentul principal al acestui articol este asupra gestionării termice a componentelor electronice de putere.

Una dintre provocările cheie în PEV este timpul necesar pentru încărcarea bateriilor și disponibilitatea prizelor. Încărcarea PEV-urilor este clasificată în nivelurile 1, 2 și 3 de către Societatea inginerilor auto.

  • Nivelul 1 - Încărcare lentă la 120/240V c.a. și 15 amperi folosind prize de uz casnic standard disponibile de până la 3,3kW. Conversia de curent alternativ la c.c. se face la bord.
  • Nivelul 2 - Încărcare medie utilizând 240V c.a. și 60 amperi de până la 14,4 kilowați de la prize de alimentare special concepute pentru încărcarea PEV. Conversia de curent alternativ la c.c. se face la bord.
  • Nivelul 3 - Încărcare rapidă utilizată special pentru încărcarea PEV cu o valoare de peste 14,4 kilowați. În acest caz, conversia de curent alternativ la c.c. se face de obicei off-board.

Încărcătoarele de la bord, utilizate în principal pentru conversia de curent alternativ la c.c., conțin mai multe tipuri de dispozitive electronice de putere precum MOSFET-uri, diode și magnetice. Avantajul de a avea un încărcător la bord (în comparație cu off-board) este că vehiculul poate fi încărcat de la prizele de curent alternativ. Cu toate acestea, este necesar ca vehiculul să poarte și greutatea suplimentară a electronice de putere și a radiatoarelor. Designurile mai noi au integrat mai multe funcționalități în încărcător pentru a include conversia bidirecțională a puterii [4], precum și conversia DC la CC. Acest lucru face ca designul general să fie mai compact. Figura 1 ilustrează funcționalitățile multiple care pot fi incluse în încărcătorul de la bord împreună cu diferitele niveluri de încărcare [3].

Componentele electronice ale încărcătorului trebuie să fie ambalate într-o incintă care trebuie sigilată pentru a preveni contaminarea mediului. Acest lucru necesită ca încărcăturile de căldură să fie conectate termic la pereții incintei pentru a disipa în mod eficient căldura. Prin urmare, peretele incintei trebuie să funcționeze ca un radiator pentru a disipa căldura către aerul exterior (sau lichid). Pentru a vă asigura că încărcăturile de căldură sunt conectate termic la peretele incintei, trebuie selectat un material de interfață termică adecvat, care asigură nu numai o bună conducere termică, ci și izolația electrică necesară între dispozitiv și incintă. Temperatura aerului ambiant exterior poate fi de până la 50C (cel mai rău caz scenariu).