Metalizēto plēvju kondensatoru termiskā simulācija un strukturālā optimizācija - Lietojuma izpēte jaunu enerģijas transportlīdzekļu energosistēmās

 

Strauji attīstoties jauniem enerģijas transportlīdzekļiem un enerģijas uzglabāšanas sistēmām, augstas veiktspējas DC-Link plēves kondensatori ir kļuvuši par neaizstājamu galveno sastāvdaļu elektriskās piedziņas sistēmās. Tos plaši izmanto līdzstrāvas filtrēšanā, motora piedziņās un invertoros, aizstājot tradicionālos elektrolītiskos kondensatorus un demonstrējot izcilu veiktspēju augstsprieguma un augstas{4} frekvences vidēs.

 

Elektriskajos transportlīdzekļos un hibrīdsistēmās kondensatori kopā ar tādiem komponentiem kā akumulatora kopnes josla, EV akumulatora kopnes josla, barošanas kopnes josla un kopnes savienotājs veido pilnīgu jaudas pārvades un uzglabāšanas sistēmu. Kopņu sistēmās kondensatora kopnes un jaudas kondensatoru kopnes struktūra un siltuma izkliedes veiktspēja tieši ietekmē visa piedziņas moduļa termisko stabilitāti un drošību.

 

Šajā rakstā aplūkoti metalizētās plēves kondensatori jauniem enerģijas transportlīdzekļiem. Pamatojoties uz termiskās simulācijas modelēšanu un lauka mērījumiem, šajā rakstā ir pētīti temperatūras paaugstināšanās raksturlielumi un optimizētas kondensatoru projektēšanas metodes augsta strāvas pulsācijas un augstas temperatūras vidē.

 

Šis pētījums sniedz teorētisko bāzi kondensatoru, līdzstrāvas kondensatoru kopņu un laminēto kondensatoru kopņu koordinētai siltuma izkliedes projektēšanai.

 

 

 

Elektriskās piedziņas sistēmās automobiļu kopnē ir liela strāva, un tās vadītspējas zudumi un siltumvadītspēja tieši ietekmē kondensatora un invertora kopējo efektivitāti. Augstas-frekvences pulsācijas strāvas silda gan serdi, gan kopni. Ja temperatūra pārsniedz projektētās robežvērtības, pastāv izliekšanās, sabojāšanās vai pat pārrāvuma risks.

 

Tāpēc kompaktā iepakojumā kondensatora iekšējā siltuma vadīšanas ceļa un kopņu struktūras (piemēram, kopņu plēves kondensatoru kopnes) racionāla konstrukcija ir ļoti svarīga, lai uzlabotu sistēmas uzticamību. Termiskās simulācijas tehnoloģija ir galvenais instruments šīs optimizācijas sasniegšanai.

 

 

Modeļa uzbūve un pieņēmumi

Konstruējot kondensatora termiskās simulācijas modeli, kondensators tiek uzskatīts par pilnīgu sistēmu, kas sastāv no serdes, kopnes, izolācijas slāņa, epoksīda maisījuma un apvalka. Ņemot vērā termisko savienojumu starp kondensatora kopni un kondensatora serdi, modelis pieņem sekojošo:

 

Serde un kopne ir primārie siltuma avoti ar vienmērīgu siltuma sadali.

Epoksīds aizpilda dobumu, ignorējot iekšējo konvekciju un starojuma siltuma pārnesi.

Korpuss un apkārtējais gaiss izkliedē siltumu dabiskās konvekcijas ceļā ar gaisa robežtemperatūru 85 grādi.

Modelēšanas procesā 3D struktūra tika izveidota programmā SolidWorks un importēta termiskās simulācijas programmatūrā, izmantojot Parasolid formātu tīklošanai. Lai nodrošinātu analīzes precizitāti, kopējais acu skaits bija aptuveni 2,1 miljons.

 

Siltuma avoti un robežnosacījumi

Simulācijā tika ņemti vērā divi siltuma avoti:

Kodola sildīšana pulsācijas strāvas dēļ.

Pretestības sildīšana, ko izraisa strāva, kas iet caur kondensatora laminēšanas kopni.

Nominālajos apstākļos ar pulsācijas strāvu 160 A tiek aprēķināts, ka serdeņa siltuma ģenerācija ir 1,10 W, un kopnes siltuma ģenerācija ir aptuveni 2,1 W.

 

Materiāla īpašību definīcija

Pamatojoties uz kondensatora serdeņa metalizēto plēvi, tiek noteiktas dažādas siltumvadītspējas vērtības radiālajā un aksiālajā virzienā, lai atspoguļotu patiesās anizotropās īpašības. Kopne ir izgatavota no ļoti vadoša vara vai alumīnija, kura siltumvadītspēja atbilst jaudas kopnes konstrukcijai, nodrošinot ātru siltuma pārnesi uz siltuma izkliedes kanālu vai ārpus kopnes izolācijas slāņa.

 

Aprēķinu rezultāti

Simulācijas rezultāti liecina, ka pie 85 grādu apkārtējās vides temperatūras un 160 A pulsācijas strāvas kondensatora karstākā punkta temperatūra sasniedz 109,2 grādus. Temperatūras paaugstināšanās ir koncentrēta kontakta zonā starp serdi un kopnes savienotāju, norādot, ka termiskais savienojums kopnes -kondensatora savienojumā ir galvenais faktors, kas ietekmē kopējo temperatūras sadalījumu.

 

 

 

Lai pārbaudītu simulācijas rezultātu ticamību, faktiskajiem paraugiem tika veikta termiskā pārbaude. Temperatūras sensori tika iegulti galvenajās vietās kondensatora korpusā, lai reģistrētu kondensatora vienmērīgu -stāvokļa temperatūras sadalījumu zem 85 grādu apkārtējās vides temperatūras un 160 A pulsācijas strāvas. Eksperimenta rezultāti labi saskanēja ar simulācijas datiem, ar maksimālo novirzi ne vairāk kā 3 grādi , kas liecina par modeļa augsto precizitāti.

 

Mērījumi arī parādīja, ka kondensatora kopējā temperatūras paaugstināšanās samazinājās par aptuveni 5%, izmantojot kondensatora laminēšanas kopni un kopnes jaudas kondensatoriem, kas abi piedāvā uzlabotu siltumvadītspēju, efektīvi uzlabojot siltuma līdzsvaru.

 

 

Termiskā ceļa optimizācija

Augstas -siltuma vadītspējas-dielektriskā slāņa pievienošana saskarnei starp kondensatoru un līdzstrāvas kondensatora kopni samazina kontakta termisko pretestību un ievērojami samazina karstos punktus.

 

Strukturālā integrācija

Kondensatora integrēšana ar akumulatora kopnes joslu un kopnes savienotāju palīdz samazināt strāvas cilpas induktivitāti un uzlabot siltuma izkliedes efektivitāti.

 

Ārējais dzesēšanas risinājums

Visas kopņu sistēmas plūsmas simulācija tālāk nosaka optimālo ārējā gaisa vai šķidruma dzesēšanas izkārtojumu, nodrošinot ilgtermiņa stabilu sistēmas darbību.
 

 

Termiskās simulācijas un lauka mērījumu salīdzinošais pētījums parāda, ka:

 

Siltuma ģenerēšana līdzstrāvas -saites plēves kondensatoros galvenokārt ir koncentrēta saskarnē starp serdi un kopni.

Modelis precīzi prognozē temperatūras pieauguma sadalījumu, vadot kondensatora struktūras un kondensatora kopnes koordinētu optimizāciju.

Izmantojot augstas -termiskās vadītspējas-kopnes struktūru (piemēram, kopnes plēves kondensatoriem), var efektīvi samazināt kondensatora karstā punkta temperatūru un pagarināt kalpošanas laiku.

 

Nākotnes jauno enerģijas transportlīdzekļu un enerģijas uzkrāšanas ierīču liela-jaudas-konstrukcijā EV akumulatora kopnes, barošanas kopnes un kondensatora kopnes koordinēta termiskā konstrukcija būs galvenā pieeja sistēmas efektivitātes un drošības uzlabošanai. Simulācijas-pirmkārt, strukturālās optimizācijas un sistēmas verifikācijas kombinācija var veicināt integrētas inteliģentas automobiļu kopņu un kondensatoru komponentu ražošanas attīstību, nodrošinot lielāku tehnoloģisko konkurētspēju spēka elektronikas nozarē.