تحلیل گرمایش و راه‌حل‌ها برای سلف‌های قدرت در سیستم‌های قدرت خودروهای الکتریکی

معرفی

در خودروهای الکتریکی (EV)، سلف‌های قدرت نقش کلیدی در تبدیل کارآمد انرژی برقی برای پاسخگویی به نیازهای مختلف سیستم‌های روی‌بord دارند. عملکرد آن‌ها مستقیماً بر کارایی کلی خودرو، ارسال قدرت و ایمنی تأثیر می‌گذارد. با پیشرفت فناوری EV و افزایش تقاضای بازار، بهینه‌سازی عملکرد سلف‌های قدرت روی‌بord شده است.
در کاربردهای عملی، سلف‌های قدرت گرما تولید می‌کنند در حین تبدیل انرژی که اگر به درستی مدیریت نشوند، می‌تواند کارایی را کاهش دهد، طول عمر عملیاتی را کوتاه کند، و غیره. بنابراین، بررسی شيخوخه‌سازی حرارتی سلف‌ها به یک تمرکز بحرانی صنعت تبدیل شده است.

بخش یک: عوامل باعث پیری گرمایی سلف قدرت

1. بار جریان بیش از حد

بار جریان بیش از حد یکی از عوامل اصلی گرمایش سلف‌های قدرت است. وقتی جریان فراتر از ظرفیت مشخص شده می‌رود، مقاومت انرژی الکتریکی را به گرما تبدیل می‌کند، به ویژه در موقعیت‌های با تقاضای بالا مثل شتاب‌دهی یا صعود. علاوه بر این، بار جریان بیش از حد ویژگی‌های مغناطیسی را کاهش می‌دهد که منجر به آسیب دائمی، هزینه‌های نگهداری بیشتر و افزایش نرخ خرابی می‌شود.

2. ویژگی های ماده

ویژگی‌های ماده‌ای سلف‌ها به طور قابل توجهی بر گرم شدن تأثیر می‌گذارند. نفوذپذیری مغناطیسی مواد هسته و مقاومت برق‌رسانی مواد پیچیده عوامل کلیدی هستند. در کاربردهای فرکانس پایین (50Hz/60Hz)، استفاده از مواد با نفوذپذیری بالا می‌تواند از ضیاعات مس جلوگیری کند. اما در فرکانس‌های بالاتر (100 kHz تا 500 kHz یا بیشتر)، ضیاعات هسته ممکن است اگر از مواد با نفوذپذیری بالا استفاده شود، فراتر از ضیاعات مس رفته باشد.
بنابراین، انتخاب ماده باید برای کاربردهای خاص بهینه شود. در کاربردهای فرکانس پایین، تمرکز بر روی توانایی بایاس DC هسته است، در حالی که در کاربردهای فرکانس بالا، تعادل ضیاعات هسته با ضیاعات مس مهم است. انتخاب مواد مناسب و بهینه‌سازی عملکرد آن‌ها برای کنترل گرما در سلف‌های توان حیاتی است.

3. عوامل طراحی

طراحی قطعه سلف، از جمله ساختار و ابعاد آن، به طور مستقیم بر مسائل حرارتی تأثیر می‌گذارد. عواملی مانند طرح پیچیدگی، شکل هسته و اندازه آن‌ها توزیع میدان مغناطیسی و مسیرهای جریان را تحت تأثیر قرار می‌دهد. به عنوان مثال، طراحی پیچیده کوچک می‌تواند انتشار گرما را دشوار کند، در حالی که هسته‌های با اندازه نامناسب ممکن است منجر به اشباع مغناطیسی و افزایش تولید گرما شود. بنابراین، طراحی دقیق برای کاهش گرما در حالی که نیازهای عملکردی را برآورده می‌کند، حائز اهمیت است.

4. شرایط محیطی

شرایط محیطی نیز بر مسائل حرارتی سلف تأثیر می‌گذارد. دمای بالا کارایی سرمایش را کاهش می‌دهد و گرمای تولیدی را افزایش می‌دهد، در حالی که رطوبت زیاد ممکن است خواص مواد را تغییر دهد. جریان هوای ضعیف می‌تواند انتشار گرما را محدود کند و منجر به افزایش دمای عملیاتی شود. بنابراین، فاکتور محیطی برای کاهش گرمای تولیدی مهم است.

بخش 2: تأثیرات گرمای تولیدی بر سیستم‌های خودرو

1. کاهش کارایی

سنگین شدن حرارتی در سلف‌های قدرت به کارایی تبدیل‌کننده‌های DC-DC وسایل نقلیه الکتریکی ضربه می‌زند. افزایش مقاومت ناشی از گرما منجر به از دست دادن انرژی به صورت حرارتی عوض از تبدیل آن به قدرت قابل استفاده می‌شود. این از دست رفتن، علاوه بر کاهش کارایی تبدیل، فشار بیشتری روی باتری می‌گذارد و طول عمر و محدوده آن را کاهش می‌دهد.

2. کاهش طول عمر

معرض قرار گرفتن طولانی‌مدت به دمای بالا، پیر شدن سلف‌ها را شتاب می‌دهد که منجر به خطاها می‌شود، مانند کاهش جداره‌بندی و از دست دادن ویژگی‌های مغناطیسی. خطاها در زمان‌های اولیه هزینه‌های نگهداری و جایگزینی را افزایش می‌دهد و می‌تواند سیستم قدرت را ناپایدار کند و حتی مشکلات ایمنی ایجاد کند.

3. خطرات ایمنی

گرم شدن بیش از حد سلف‌ها خطرات ایمنی قابل توجهی را ایجاد می‌کند، از جمله خطرات آتش‌سوزی یا انفجار، به ویژه وقتی که نزدیک مولفه‌های با انرژی بالا مثل باتری‌ها قرار دارند. تضمین اینکه سلف‌ها در حدود دماهای ایمن عمل کنند، برای جلوگیری از حادثه‌های جدی ضروری است.

بخش 3: راه‌حل‌ها

1. بهبود مواد

انتخاب مواد مناسب برای مقابله با گرمایش سلف اساسی است. مواد هسته‌ای با چگالی شارشباعی بالا، زیان کم و قابلیت اعتماد بالا ضروری هستند. در کاربردهای فرکانس بالا، موادی مانند آهن-سیلیکون-آلومینیوم و فریت در کاهش زیان مؤثر هستند. بهینه‌سازی مواد سیم، مانند استفاده از سیم لیتس یا سیم تخت، می‌تواند مقاومت و گرما را بیشتر کاهش دهد.

2. بهینه‌سازی ساختاری

بهینه‌سازی ساختار سلف عملکرد حرارتی را افزایش می‌دهد. استفاده از طرح‌های باز یا اضافه کردن رادیاتورها می‌تواند تعامل حرارتی را بهبود بخشد. تکنیک‌های نوین پیچیدن که کوپلینگ حرارتی بین لایه‌ها را کاهش می‌دهد، می‌تواند در کاهش دماهای محلی کمک کند.

3. فناوری‌های سردکننده

استفاده از روش‌های سردکننده فعال، مانند سردکنندگی به کمک فن یا سردکنندگی مایع، می‌تواند دماهای سلف را در کاربردهای قدرت بالا به طور مؤثر مدیریت کند. این فناوری‌ها برای تضمین عملکرد پایدار ضروری هستند.

4. تنظیمات استراتژی کنترل

استفاده از استراتژی‌های کنترل هوشمند می‌تواند توزیع جریان در سیستم‌های قدرت EV را بهینه کند. مدیریت دینامیک جریان، سطح جریان را بر اساس بار و دما در زمان واقعی تنظیم می‌کند و از تولید گرما کاهش می‌دهد. سیستم‌های نظارت بر دما می‌توانند تنظیمات لازم را فعال کنند تا جلوی بیش از حد گرم شدن را بگیرند.

بخش 4: طراحی سلف سری VSBX و کاربردها

شرکت CODACA Electronics سری VSBX از سلف‌های جریان بالای مطابق با استانداردهای خودرو را معرفی کرده است که برای برآوردن نیازهای کاربردهای خودروسازی طراحی شده‌اند. سری VSBX با استفاده از مواد نوآورانه و اصول طراحی پیشرفته مشکلات گرمایش را به طور مؤثر کاهش می‌دهد.

سری کاتدومینترهای قدرت با جریان بالا و مطابق استاندارد خودرو VSBX از مواد فریت با Bs بالا استفاده می‌کند که عملکرد عالی پارازیت DC و مقاومت نسبت به 포ب شدن را ارائه می‌دهد، که پایداری تحت شرایط جریان بالا را تضمین می‌کند همچنین از کاهش ضیاعات و گرمای تولید شده جلوگیری می‌کند. ساختار باد دار فلات ویر آن اندازه را کاهش می‌دهد در حالی که با افزایش سطح زیر فضایی، گرما را بهتر دفع می‌کند.
علاوه بر این، طراحی مغناطیس‌پذیری بهینه شده در سری VSBX به طور مؤثر علیه اغتشاش الکترومغناطیسی (EMI) مقاومت می‌کند. این کاتدومینترها با استاندارد بین‌المللی AEC-Q200 درجه 0 مطابقت دارند که پایداری و قابلیت اعتماد آنها را در دامنه گسترده‌ای از دما (-55°C تا +155°C) تضمین می‌کند.

نتیجه گیری

این سری کاتدومینترهای قدرت با جریان بالا و مطابق استاندارد خودرو VSBX از CODACA نمونه‌ای از فناوری پیشرفته در زمینه الکترونیک خودرو است که عملکرد و امنیت خودروهای برقی را افزایش می‌دهد. با مقابله مؤثر با چالش‌های گرمایی، این سلف‌ها به طور قابل توجهی به کارایی و قابلیت اعتماد سیستم‌های توان EV کمک می‌کنند.