Phân tích và giải pháp về cảm ứng điện trong hệ thống điện của xe điện

Giới thiệu

Trong xe điện (EV), các cảm ứng điện đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi năng lượng điện một cách hiệu quả để đáp ứng nhu cầu của các hệ thống trên boar. Hiệu suất của chúng直接影响 đến hiệu suất tổng thể, khả năng cung cấp điện và độ an toàn của xe. Khi công nghệ EV phát triển và nhu cầu thị trường tăng lên, tối ưu hóa hiệu suất của các cảm ứng điện trên boar đã trở nên thiết yếu.
Trong các ứng dụng thực tế, cuộn cảm điện năng sinh nhiệt trong quá trình chuyển đổi năng lượng, điều này, nếu không được quản lý đúng cách, có thể làm giảm hiệu suất, rút ngắn tuổi thọ hoạt động, v.v. Do đó, giải quyết vấn đề lão hóa nhiệt của cuộn cảm đã trở thành một trọng tâm quan trọng của ngành công nghiệp.

Phần 1: Nguyên nhân gây ra lão hóa nhiệt của cuộn cảm điện

1. Quá tải dòng điện

Quá tải dòng điện là nguyên nhân chính gây ra nóng lên ở cuộn cảm điện. Khi dòng điện vượt quá khả năng định mức, điện trở sẽ chuyển đổi năng lượng điện thành nhiệt, đặc biệt trong các tình huống yêu cầu cao như tăng tốc hoặc leo dốc. Hơn nữa, quá tải dòng điện làm suy giảm các tính chất từ trường, dẫn đến hư hại vĩnh viễn, chi phí bảo trì cao hơn và tỷ lệ hỏng hóc tăng lên.

2. Đặc điểm vật liệu

Các đặc tính vật liệu của cuộn cảm ảnh hưởng đáng kể đến quá trình làm nóng. Độ thấm từ của vật liệu lõi và độ điện trở của vật liệu dây quấn là những yếu tố chính. Ở các ứng dụng tần số thấp (50Hz/60Hz), vật liệu có độ thấm từ cao có thể giảm tổn thất đồng. Tuy nhiên, ở tần số cao hơn (100 kHz đến 500 kHz hoặc hơn), tổn thất lõi có thể vượt quá tổn thất đồng nếu sử dụng vật liệu có độ thấm từ cao.
Do đó, việc lựa chọn vật liệu phải được tối ưu hóa cho từng ứng dụng cụ thể. Ở các ứng dụng tần số thấp, trọng tâm là khả năng chịu dòng DC của lõi, trong khi ở các ứng dụng tần số cao, cần cân bằng giữa tổn thất lõi và tổn thất đồng. Việc chọn đúng vật liệu và tối ưu hiệu suất của chúng là rất quan trọng để kiểm soát nhiệt trong cuộn cảm công suất.

3. Các yếu tố thiết kế

Thiết kế của cuộn cảm, bao gồm cấu trúc và kích thước của nó, ảnh hưởng trực tiếp đến các vấn đề nhiệt. Các yếu tố như bố trí dây quấn, hình dạng lõi và kích thước ảnh hưởng đến phân bố trường từ và đường dẫn dòng điện. Ví dụ, thiết kế dây quấn nhỏ gọn có thể cản trở tản nhiệt, trong khi lõi không đúng kích thước có thể dẫn đến bão hòa từ và tăng sinh nhiệt. Do đó, việc thiết kế chu đáo là rất quan trọng để giảm thiểu nhiệt độ trong khi đáp ứng yêu cầu hiệu suất.

4. Điều kiện môi trường

Điều kiện môi trường cũng ảnh hưởng đến các vấn đề nhiệt của cuộn cảm. Nhiệt độ cao có thể làm giảm hiệu quả làm mát và tăng nhiệt độ, trong khi độ ẩm cao có thể thay đổi đặc tính của vật liệu. Dòng khí lưu thông kém có thể hạn chế việc giải phóng nhiệt, dẫn đến tăng nhiệt độ hoạt động. Vì vậy, yếu tố môi trường là quan trọng để giảm nhiệt độ.

Phần 2: Tác động của quá nhiệt đối với hệ thống ô tô

1. Hiệu suất giảm

Lão hóa nhiệt trong cuộn cảm điện năng ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu suất của bộ chuyển đổi DC-DC trong xe điện. Sự gia tăng điện trở do nhiệt độ cao dẫn đến việc mất năng lượng dưới dạng nhiệt thay vì được chuyển hóa thành điện năng sử dụng được. Sự mất mát này không chỉ làm giảm hiệu quả chuyển đổi mà còn gây áp lực thêm lên pin, làm giảm tuổi thọ và tầm hoạt động.

2. Tuổi thọ bị rút ngắn

Tiếp xúc lâu dài với nhiệt độ cao làm tăng tốc độ lão hóa của cuộn cảm, dẫn đến các sự cố như suy giảm cách điện và mất đi các đặc tính từ tính. Các sự cố sớm xảy ra làm tăng chi phí bảo trì và thay thế, đồng thời có thể làm bất ổn hệ thống điện, dẫn đến nguy cơ về an toàn.

3. Nguy cơ về an toàn

Cuộn cảm quá nhiệt tạo ra những rủi ro an toàn đáng kể, bao gồm nguy cơ cháy nổ, đặc biệt khi chúng được đặt gần các thành phần năng lượng cao như pin. Đảm bảo rằng cuộn cảm hoạt động trong giới hạn nhiệt độ an toàn là điều quan trọng để ngăn chặn các tai nạn nghiêm trọng.

Phần 3: Giải pháp

1. Cải tiến vật liệu

Việc chọn vật liệu phù hợp là cơ bản để giải quyết vấn đề nhiệt của cuộn cảm. Các vật liệu lõi có mật độ thông từ bão hòa cao, tổn thất thấp và độ tin cậy cao là rất cần thiết. Trong các ứng dụng tần số cao, các vật liệu như sắt-silic-đồng và ferrit hiệu quả trong việc giảm thiểu tổn thất. Tối ưu hóa vật liệu dây, chẳng hạn như sử dụng dây litz hoặc dây phẳng, có thể giảm thêm điện trở và nhiệt.

2. Tối ưu hóa cấu trúc

Tối ưu hóa cấu trúc cuộn cảm cải thiện hiệu suất nhiệt. Sử dụng thiết kế mở hoặc thêm tản nhiệt có thể cải thiện trao đổi nhiệt. Các kỹ thuật quấn dây sáng tạo giảm ghép nhiệt giữa các lớp giúp hạ nhiệt độ cục bộ.

3. Công nghệ làm mát

Sử dụng phương pháp làm mát chủ động, chẳng hạn như làm mát bằng quạt hoặc làm mát bằng chất lỏng, có thể quản lý hiệu quả nhiệt độ cuộn cảm, đặc biệt trong các ứng dụng công suất cao. Những công nghệ này là cần thiết để đảm bảo hoạt động ổn định.

4. Điều chỉnh chiến lược kiểm soát

Việc thực hiện các chiến lược kiểm soát thông minh có thể tối ưu hóa phân phối dòng điện trong hệ thống điện của xe điện. Quản lý dòng điện động sẽ điều chỉnh mức độ dòng điện dựa trên tải và nhiệt độ thời gian thực, giảm sự sinh nhiệt. Hệ thống giám sát nhiệt độ có thể kích hoạt các điều chỉnh để ngăn ngừa quá nhiệt.

Phần 4: Thiết kế Cuộn cảm Series VSBX và Ứng dụng

CODACA Electronics đã ra mắt series VSBX của cuộn cảm dòng điện lớn cấp ô tô, được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu của các ứng dụng ô tô. Series VSBX giảm hiệu quả các vấn đề sinh nhiệt thông qua vật liệu sáng tạo và các nguyên tắc thiết kế tiên tiến.

Chuỗi cảm điện công suất dòng cao cấp ô tô VSBX sử dụng vật liệu lõi có độ Bs cao, cung cấp hiệu suất DC bias tuyệt vời và khả năng kháng bão hòa, đảm bảo sự ổn định trong điều kiện dòng cao đồng thời tối thiểu hóa tổn thất và nhiệt sinh ra. Thiết kế cuộn dây phẳng nhỏ gọn làm giảm kích thước trong khi giảm nhiệt bằng cách tăng diện tích bề mặt và cải thiện tản nhiệt tốt hơn.
Ngoài ra, thiết kế chắn từ tối ưu của chuỗi VSBX hiệu quả trong việc chống nhiễu điện từ (EMI). Các cảm điện tuân thủ tiêu chuẩn quốc tế AEC-Q200 cấp 0, đảm bảo sự ổn định và đáng tin cậy trong phạm vi nhiệt độ rộng (-55°C đến +155°C).

Phần kết luận

Chiếc chuỗi cảm điện công suất dòng cao cấp ô tô VSBX từ CODACA là minh chứng cho công nghệ tiên tiến trong lĩnh vực điện tử ô tô, nâng cao hiệu suất và độ an toàn của xe điện. Bằng cách giải quyết hiệu quả các thách thức về nhiệt, những linh kiện cảm ứng này đóng góp đáng kể vào hiệu quả tổng thể và độ tin cậy của hệ thống điện lực EV.