挑战

过去20年,电动汽车和混合动力汽车的开发和生产持续呈上升趋势,而且这种趋势很可能在今后的20年内呈指数级增长。由于汽车制造商希望采用更清洁、更廉价的能源,并且必须在2020年之前在全球范围内达到CO2排放规定标准,电动汽车和混合动力汽车将会在市场上占据更大份额。

然而,运行车辆所需的动力与紧凑、轻巧逆变器的设计需求相结合,使热管理成为汽车工程师和制造商的重要绊脚石。这些电源模块的热解决方案必须重量轻,足够小,足以容纳动力传动系,足够强大,足以冷却极热的部件,并且具有足够的成本效益,不会提高这些车辆的价格点。

为了克服这些挑战,英飞凌科技集团向Boyd寻求帮助,帮助他们为其最新的功率模块系列HybridPACK™双面冷却(DSC)开发用于混合动力和电动汽车的冷却解决方案。它们的尺寸和特性使这些模块更加灵活,具有整个应用的紧凑设计,并且可以在模块的两侧散热。英飞凌和我们的欧洲设计中心研究了一种能够提供特定性能水平的液体冷却解决方案的概念。

项目详情

客户:

应用:
  • 电动和混合动力汽车

技术:
  • 液体冷却

行业:
  • 汽车

位置:
  • 德国

解决 方案

此应用的规格:三个DSC模块中每个模块的功耗、电子连接和集成以及边界条件。从DSC模块的特性以及所需的热阻和压降开始,Boyd开始分析液冷板(LCP)的可能概念;基本思想是将一个LCP放在顶部,一个LCP放在底部,以便冷却每个模块的两个活动侧。

其中考虑了各种关键点:整体几何结构、内部冷却器结构、壁厚、进口和出口位置、顶部/底部连接、安装技术和目标成本。几何结构主要受几个机械约束条件限制:DSC模块有效面积的尺寸、模块周围的可用空间,以及与整体系统的集成度。

根据要求的性能水平(热阻和压降)确定了内部结构,关键点是增加了一个经精确优化的紊流器,以增加交换面和对流换热系数,同时保持压降低于设定的极限值。另外还进行了CFD模拟。材料厚度已经过妥善评估,可承受要求的工作和测试压力。对顶部和底部液体冷却板(LCP)之间的连接,以及进口和出口的位置,做了进一步重点分析。在此阶段,顶部和底部之间的连接被认为与LCP本身无关,而顶部和底部之间的连接由软管和卡箍构成(每个LCP均有一个进口和一个出口)。通过这种方式,在顶部和底部LCP之间实现了并行连接,其优点是具有两条相同的并行流,因此在两个LCP上具有相同的性能水平。

最后,研究了顶部和底部之间的机械夹紧:考虑到保证的最小间隙和克里页距离,在有源交换表面积外部添加了八个固定点。顶部和底部之间的机械连接可以通过快速功能(如铆钉或螺钉)完成。为了验证热和机械分析,制作了这一概念的原型,实验试验结果证实,它适合承受所要求的压力,并保证指示的热阻和压降。对于第一个原型,铆钉已用于夹紧顶部和底部液体冷板。

Boyd开发的概念和原型的可用性使汽车行业能够使用英飞凌HybridPACK DSC模块快速设计用于混合动力和电动汽车的高效逆变器。

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