Úvod
V elektrických autech (EV) jsou silné induktory klíčové pro efektivní převod elektrické energie, aby bylo možné splnit požadavky různých palubních systémů. Jejich výkon přímo ovlivňuje celkovou účinnost vozidla, dodávku elektřiny a bezpečnost. S postupem technologie EV a rostoucími tržními požadavky se stala optimalizace výkonu palubních silných induktorů nezbytnou.
Ve skutečném využití generují silníkové induktory teplotu během převodu energie, což, pokud není správně řízeno, může snížit efektivitu, zkrátit životnost atd. Proto se starání o tepelné stárnutí induktorů stalo klíčovým zaměřením průmyslu.
Část 1: Příčiny tepelného stárnutí silových induktorů
1. Přetížení proudem
Přetížení proudem je hlavní příčinou ohřívání silových induktorů. Když proud překročí jmenovanou kapacitu, odpor převádí elektřinu na teplo, zejména v situacích s vysokou nárokovaností, jako je zrychlování nebo stoupání. Navíc přetížení proudem ničí magnetické vlastnosti, což může vést k trvalé škodě, vyšším nákladům na údržbu a zvýšenému počtu selhání.
2. Vlastnosti materiálu
Materiálové vlastnosti induktorů významně ovlivňují ohřev. Magnetická pronikavost jaderových materiálů a elektrická odpornost materiálů pro vodiče jsou klíčovými faktory. V nízkofrekvenčních aplikacích (50Hz/60Hz) mohou materiály s vysokou pronikavostí snížit měděné ztráty. Nicméně, ve vyšších frekvencích (100 kHz až 500 kHz nebo více) mohou jádrové ztráty překročit měděné ztráty, pokud se používají materiály s vysokou magnetickou pronikavostí.
Proto je nutné optimalizovat výběr materiálů pro konkrétní aplikace. V nízkofrekvenčních aplikacích je důraz kladen na schopnost jádra pracovat s DC signálem, zatímco ve vysokofrekvenčních aplikacích je důležité vyvážit jádrové ztráty s měděnými ztrátami. Volba správných materiálů a optimalizace jejich výkonu je klíčová pro řízení tepla v silových induktorech.
3. Návrhové faktory
Návrh induktoru, včetně jeho struktury a rozměrů, přímo ovlivňuje tepelné problémy. Faktory jako uspořádání vinutí, tvar jádra a velikost ovlivňují rozložení magnetického pole a proudu. Například kompaktní návrh vinutí může bránit odpařování tepla, zatímco nevhodně velká jádra mohou vést k magnetickému nasycení a zvýšené produkci tepla. Proto je důležité pečlivé navrhování pro minimalizaci tepla za splnění výkonnostních požadavků.
4. Environmentální podmínky
Environmentální podmínky také ovlivňují tepelné problémy induktoru. Vysoké teploty mohou snižovat účinnost chlazení a zvyšovat ohřev, zatímco vysoká vlhkost může změnit vlastnosti materiálů. Chudší proudění vzduchu může omezit uvolňování tepla, což vedlo ke zvýšeným provozním teplotám. Proto je faktor prostředí důležitý pro snížení ohřevu.
Část 2: Dopady ohřevu na automobilové systémy
1. Snížená efektivita
Tepelné stárnutí v silových induktorech negativně ovlivňuje efektivitu převodníků DC-DC v elektrických autech. Zvýšený odpor způsobený teplem vede k tomu, že energie je ztracena jako teplo místo toho, aby byla převedena na použitelnou sílu. Tato ztráta snižuje nejen účinnost převodu, ale také dává další zátěž na baterii, což snižuje její životnost a dosah.
Zkrácená životnost
Dlouhodobé vystavení vysokým teplotám urychluje stárnutí induktorů, což vede k selháním, jako je degradace izolace a ztráta magnetických vlastností. Rané selhání zvyšují náklady na údržbu a nahrazování a mohou destabilizovat elektrický systém, čímž mohou vzniknout bezpečnostní rizika.
Bezpečnostní rizika
Přehřáté induktory představují významné bezpečnostní riziko, včetně možných požárů nebo výbuchů, zejména pokud jsou umístěny blízko komponentů s vysokou energií, jako jsou baterie. Je kritické zajistit, aby induktory fungovaly v rámci bezpečných teplotních mezí, aby se zabránilo vážným nehodám.
Část 3: Řešení
1. Vylepšení materiálů
Volba vhodných materiálů je základní pro řešení ohřevu indukčního kroužku. Jádrové materiály s vysokou hustotou nasytění fluxu, nízkými ztrátami a vysokou spolehlivostí jsou nezbytné. V aplikacích vysoké frekvence jsou materiály jako železo-hliníková slitina a ferit účinné při minimalizaci ztrát. Optimalizace drátových materiálů, jako je použití litz drátu nebo plochého drátu, může dále snížit odpor a teplo.
2. Strukturální optimalizace
Optimalizace struktury indukčního kroužku zvyšuje tepelný výkon. Použití otevřených návrhů nebo přidání chladičů může zlepšit tepelnou výměnu. Inovativní techniky navívání, které snižují tepelné spojení mezi vrstvami, mohou pomoci snížit lokální teploty.
3. Chlazení technologie
Použití aktivních metod chlazení, jako je chlazení pomocí ventilátoru nebo kapalného chlazení, může efektivně řídit teplotu indukčního kroužku, zejména v aplikacích vysoké výkonu. Tyto technologie jsou nezbytné pro zajištění stabilního provozu.
4. Úpravy ovládací strategie
Implementace inteligentních řídících strategií může optimalizovat rozdělení proudu v elektromobilových systémech. Dynamické správy proudu upravuje úrovně proudu na základě reálného času a zátěže a teploty, což snižuje vytváření tepla. Systémy monitorování teploty mohou aktivovat úpravy pro prevenci přehřátí.
Část 4: VSBX řada návrhu induktorů a Aplikace
Firma CODACA Electronics spustila řadu VSBX automobilových silníkových induktorů navržených pro splnění požadavků automobilového průmyslu. Řada VSBX účinně redukuje problémy s ohříváním díky inovativním materiálům a pokročilým návrhovým principům.
Automobilní vysokoprúdové indukční články série VSBX používají materiály jádra s vysokým Bs, které poskytují vynikající výkon při DC bias a odolnost proti nasycení, což zajišťuje stabilitu při vysokých proudech a minimalizuje ztráty a vytváření tepla. Kompaktní konstrukce s plochým drátěným vinutím snižuje rozměry zařízení a současně snižuje ohřev díky zvětšené ploše povrchu a lepšímu odtoku tepla.
Navíc optimalizovaný návrh magnetického štítění v řadě VSBX účinně odolává elektromagnetickému rušení (EMI). Indukční články splňují mezinárodní standard AEC-Q200 stupně 0, což zaručuje stabilitu a spolehlivost v širokém rozsahu teplot (-55°C až +155°C).
Závěr
Distribuční automobilní vysokoprúdové indukční články série VSBX Induktory z CODACA předvádějí pokročilou technologii v oboru automobilní elektroniky, která zvyšuje výkon a bezpečnost elektrických vozidel. Účinným řešením problémů s topením tyto induktory významně přispívají k celkové efektivitě a spolehlivosti systémů napájení EV.
EN