하이브리드 자동차 사례 연구

프로젝트 정보

고객: Infineon

Application: Electric and HybridVehicles

기술: 액체 냉각

산업 분야: 자동차

위치: 독일

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설계적 도전

전기 자동차 및 하이브리드 자동차 개발 생산은 지난 20년 동안 꾸준히 증가했으며 이러한 추세는 향후 20년에 걸쳐 기하급수적으로 늘어날 것입니다. 자동차 제조업체는 전세계적으로 보다 청정하고 값싼 에너지를 활용하고 2020년까지 CO2 규제를 준수하려 노력하고 있으며, 전기차와 하이브리드차가 시장에서 훨씬 더 큰 부분을 차지하게 될 것이라고 전망하고 있습니다.

However, the power needed to run a vehicle combined with design needs for compact, lightweight inverters has made thermal management an important stumbling-block for automotive engineers and manufacturers.Thermal solutions for these power modules must be lightweight, small enough to fit within the power train, powerful enough to cool extremely hot components, and cost efficient enough not to raise the price points on these vehicles.

To overcome these challenges, Infineon Technologies came to Aavid,Thermal Division of Boyd Corporation, for help in developing a cooling solution for their latest power module family, HybridPACK™ Double Sided Cooling (DSC) for hybrid and electric vehicles. Their dimensions and characteristics allow these modules to be more flexible with a compact design of the overall application and can dissipate heat on both sides of the module. Infineon and our European Design Center studied a concept for a liquid cooling solution able to provide the specific performance level.

Aavid 솔루션

The specifications for this application: power to be dissipated by each of the three DSC modules, electronic connections and integration, and boundary conditions.Starting from the characteristics of DSC modules and the requested thermal resistance and pressure drop, Aavid began the analysis of possible concepts of Liquid Cold Plates (LCPs); the basic idea was to put one LCP on top and one LCP on the bottom, in order to cool the two active sides of each module.

Different key points have been considered: overall geometry, internal cooler structure, wall thicknesses, inlet and outlet position, top-bottom connection,mounting technique and target cost. The geometry has been defined by the main mechanical constraints: dimensions of the active area of DSC modules, available space around the modules and integration with the overall system.

내부 구조는 요구되는 성능 수준(열 저항 및 압력 강하)에 따라 결정되었으며, 핵심은 교환 표면과 대류 열교환 계수를 높이기 위해 정확하게 최적화된 터뷸레이터를 추가하는 한편 압력 강화를 정해진 한도 내로 유지하는 것이었습니다. 이를 위해 CFD를 시뮬레이션했습니다. 요구되는 작동 및 테스트 압력에 견딜 수 있는 적절한 재료 두께를 평가했습니다. 추가 분석은 상단 및 하단 액체 냉각판(LCP)과 입구 및 출구 위치 사이의 연결에 중점을 두었습니다. 이 단계에서 유연한 튜브와 클램프를 사용한 상단과 하단 사이의 연결은 LCP 자체 외부에 위치한 것으로 간주되었습니다(각 LCP에는 입구와 출구 포트가 각각 하나씩 있음). 이러한 방식으로 상단 및 하단 LCP 간의 병렬 연결을 완성했으며 이로써 두 개의 동일한 병렬 흐름으로 두 개의 LCP에서 동일한 성능 수준을 안정적으로 제공할 수 있게 되었습니다.

Finally, the mechanical clamping between top and bottom has been studied:considering the minimum clearance and cree page distances to be guaranteed,eight fixing point have been added, externally to the active exchange surface area. The mechanical connection between top and bottom can be done either with fast features such as rivets or with screws. Prototypes of this concept have been made in order to validate the thermal and mechanical analysis and the results of the experimental tests confirmed that it is suitable to withstand the requested pressure and to guarantee both the indicated thermal resistance and pressure drop. For the first prototypes, rivets have been used to clamp top and bottom Liquid Cold Plates.

Aavid가 개발한 개념과 프로토타입이 있었기에 자동차 산업계는 Infineon HybridPACK DSC 모듈을 사용하여 하이브리드 및 전기 자동차에 효율적인 인버터를 신속하게 설계할 수 있게 되었습니다.

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