Từ làm mát bên dưới-làm mát bên trên đến bên trên-Làm mát bên hông: Sự phát triển cấu trúc trong hệ thống điện EV
Bộ sạc tích hợp (OBC), bộ chuyển đổi DC/DC và bộ biến tần là những bộ phận có mật độ năng lượng cao-điển hình trong xe điện. Khi nền tảng EV phát triển theo hướngtích hợp cao hơn, thiết kế gọn nhẹvà kiến trúc 800 V, công suất đầu ra tiếp tục tăng trong khi không gian lắp đặt sẵn có ngày càng hạn chế.
Để giảm trọng lượng xe, mở rộng phạm vi lái xe và đáp ứng yêu cầu của nền tảng điện áp cao-thế hệ-tiếp theo, các thiết bị điện đang được đẩy tới mật độ năng lượng cao hơn và kiểu dáng nhỏ hơn. Dưới những điều kiện này,quản lý nhiệt và thiết kế cách điệncác thiết bị nguồn-chẳng hạn như MOSFET-phải đối mặt với những thách thức mới.
Tại sao hệ thống làm mát bên trên{0}}trở thành lựa chọn ưu tiên cho mật độ công suất cao
Trong các thiết kế thông thường, hầu hết MOSFET đều áp dụng Làm mát bên dưới{0}}bên dưới (BSC). Con đường tản nhiệt điển hình là:
Khuôn → Đáy gói → Lớp hàn → PCB → Tản nhiệt / Tấm lạnh
Trong cấu hình này, nhiệt được truyền qua các lớp hàn và các đường dẫn nhiệt vào PCB, sau đó được loại bỏ bằng một tấm tản nhiệt hoặc tấm làm lạnh-gắn phía dưới. Cách tiếp cận này gặp phải một số hạn chế cố hữu:
► Đường dẫn nhiệt dài và phức tạp nên khả năng chịu nhiệt tương đối cao.
►Mặt dưới của PCB phải trong suốt để đảm bảo mục đích tản nhiệt, hạn chế việc bố trí linh kiện.
►Tận dụng không gian thấp hơn và tăng kích thước PCB tổng thể.
Trong EV OBC, bộ chuyển đổi DC/DC và bộ biến tần, nơi mật độ nguồn tiếp tục tăng, những hạn chế này ngày càng hạn chế việc tối ưu hóa-cấp hệ thống.
Do đó, TSC đang trở thành kiến trúc chủ đạo cho-các thiết bị nguồn và mô-đun nguồn thế hệ tiếp theo.
Ưu điểm chính của việc làm mát bên trên{0}}bên (TSC)
Trong cấu trúc làm mát-phía trên, bề mặt trên của gói MOSFET tiếp xúc trực tiếp với tản nhiệt hoặc tấm lạnh. Đường dẫn nhiệt được đơn giản hóa thành:
Khuôn → Mặt trên của gói → Tản nhiệt / Tấm lạnh
► Đường truyền nhiệt ngắn hơn và điện trở nhiệt thấp hơn vì nhiệt không còn cần truyền qua PCB
► Công suất tiêu tán cho phép cao hơn, đặc biệt trong điều kiện công suất nhất thời cao
► Khối PCB hai mặt, do không cần đáy PCB để loại bỏ nhiệt nữa
► Cải thiện khả năng tương thích tự động hóa và tích hợp hệ thống, hỗ trợ các thiết kế nhỏ gọn và mô-đun
► Hiệu suất-ở cấp độ hệ thống và lợi ích chi phí, rất phù hợp cho các ứng dụng EV điện hóa và{1}}khối lượng lớn
Những thách thức mới của TSC: Lớp phủ cách nhiệt dẫn nhiệt
Khi mật độ năng lượng tiếp tục tăng, vật liệu giao diện phải cung cấpphản ứng nhiệt nhanh hơn, độ tin cậy cách điện-điện áp cao và tính nhất quán trong sản xuất.
Theo truyền thống, giao diện làm mát phía trên{0}}phụ thuộc vào"TIM + tấm cách nhiệt + TIM"Cấu trúc bánh sandwich: Các lớp TIM lấp đầy các khoảng trống trên bề mặt và dẫn nhiệt. Tấm cách nhiệt giúp cách ly điện-cao áp. Mặc dù đã được chứng minh và đáng tin cậy nhưng phương pháp này vẫn bộc lộ những hạn chế trong các hệ thống năng lượng cao,-nhỏ gọn:
► Nhiều giao diện làm chậm phản ứng nhiệt nhất thời
►Độ phức tạp lắp ráp tăng lên với khả năng kiểm soát dung sai chặt chẽ hơn
►BOM và chi phí sản xuất tiếp tục tăng
Trong bối cảnh đó, lớp phủ cách nhiệt dẫn nhiệt đang thu hút sự chú ý như một giải pháp giao diện tích hợp cho cấu trúc làm mát-phía trên.
★ Một lớp phủ đơn, liên tục, mỏng và đồng nhất có thể đồng thời cung cấp liên kết, dẫn nhiệt và cách điện.
Dòng MCOTI MEP 37: Lớp phủ cách nhiệt dẫn nhiệt
Để giải quyết các yêu cầu của-hệ thống điện EV thế hệ tiếp theo và các thiết bị điện làm mát-phía trên, MCOTI đã phát triển lớp phủ cách nhiệt dẫn nhiệt dòng MEP 37.
Dòng MEP 37 có thể được áp dụng trực tiếp vào tản nhiệt hoặc tấm đế kim loại.Với độ dày lớp phủ siêu mỏng-100~250μm, nó mang lại khả năng chịu được điện môi 3.000~6.000V,tạo thành một giải pháp hiệu suất cao-được tối ưu hóa cho các thiết kế làm mát-phía trên.
Lợi ích chính
● Tích hợp giao diện: Thay thế các tấm cách nhiệt truyền thống bằng một lớp phủ liên tục duy nhất, giảm số lượng giao diện và rút ngắn đường truyền nhiệt
● Khả năng chịu nhiệt cực thấp: Thấp đến mức0,16 K·cm2/W, với độ ổn định nhiệt lâu dài-tuyệt vời
● Xác thực độ tin cậy cấp ô tô-:
■ Nhiệt ẩm: 1539H @ 85 độ / 85% RH
■ Sốc nhiệt: 790 chu kỳ @ −40 đến 125 độ
■ Lão hóa ở nhiệt độ-cao: 2000H @125 độ
● Điện áp chịu được điện môi:4,3 kV (tất cả các thử nghiệm đều đạt với hiệu suất nhiệt ổn định)
Giảm chi phí ở cấp hệ thống-:Phân tích BOM chỉ ra khoảng40% giảm chi phí vật chất,cùng với chi phí lao động và lắp ráp thấp hơn
● Hiệu suất quy trình cao:Ứng dụng phun với khả năng xử lý nhanh cho phép thời gian chu kỳ ngắn và năng suất cao
● Sản xuất có thể mở rộng:Tương thích với các quy trình phun tự động, hỗ trợ sản xuất khối lượng và tính nhất quán của quy trình
Biểu đồ 1: So sánh chi phí vật liệu của giải pháp phủ MCOTI với tấm cách nhiệt truyền thống
Biểu đồ 2: So sánh chi phí vật liệu của giải pháp phủ MCOTI với tấm cách nhiệt truyền thống
