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.

그러나 소형 경량 인버터에 대한 설계 요구 사항과 결합된 차량 주행에 필요한 전력으로 인해 열 관리는 자동차 엔지니어와 제조업체에게 중요한 걸림돌이 되었습니다. 이러한 전력 모듈을 위한 열 솔루션은 가볍고, 동력전달장치 내에 들어갈 수 있을 만큼 작아야 하며, 매우 뜨거운 부품을 냉각할 수 있을 만큼 강력해야 하며, 이러한 차량의 가격대를 높이지 않을 만큼 비용 효율적이어야 합니다.

이러한 문제를 극복하기 위해 Infineon Technologies는 하이브리드 및 전기 자동차용 최신 전력 모듈 제품군인 HybridPACK™ DSC(Double Sided Cooling (DSC)를 위한 냉각 솔루션 개발에 도움을 주기 위해 Boyd에 왔습니다. 이러한 크기와 특성을 통해 이러한 모듈은 전체 응용 제품의 컴팩트 한 설계로보다 유연 할 수 있으며 모듈의 양쪽에서 열을 발산 할 수 있습니다. 인피니언과 유럽 디자인 센터는 특정 성능 수준을 제공할 수 있는 액체 냉각 솔루션에 대한 개념을 연구했습니다.

프로젝트 정보

고객:
  • 인 피니언

응용 프로그램:
  • 전기 및 하이브리드 차량

기술:
  • 액체 냉각

산업:
  • 자동차

위치:
  • Germany(독일)

솔루션

이 응용 제품의 사양: 세 개의 DSC 모듈 각각에 의해 소산되는 전력, 전자 연결 및 통합, 경계 조건. DSC 모듈의 특성과 요청 된 열 저항 및 압력 강하에서 시작하여 Boyd는 LCP (Liquid Cold Plates)의 가능한 개념에 대한 분석을 시작했습니다. 기본 아이디어는 각 모듈의 두 개의 활성 측면을 냉각하기 위해 LCP 하나를 맨 위에 놓고 하단에 LCP를 하나씩 두는 것이 었습니다.

다른 중요한 요소: 전체적인 배치(geometry), 내부 냉각기 구조, 벽 두께, 입구 및 출구 위치, 상단 - 하단 연결, 마운팅 기술, 목표 비용. 그리고 DSC 모듈의 활성 영역 크기, 모듈 주변 사용 가능 공간, 전체 시스템과의 통합 등 기계적인 제약 조건들이 배치의 기준이 되었습니다.

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.

마지막으로, 상단과 하단 사이의 기계적 클램핑이 연구되었습니다 : 최소 간격과 크리 페이지 거리가 보장될 것을 고려하여 8 개의 고정 점이 외부적으로 활성 교환 표면적으로 추가되었습니다. 상단과 하단 사이의 기계적 연결은 리벳이나 나사와 같은 빠른 기능으로 수행 할 수 있습니다. 이 개념의 프로토타입은 열 및 기계적 해석을 검증하고 실험 테스트결과를 검증하여 요청된 압력을 견디고 표시된 열 저항 및 압력 강하를 모두 보장하기에 적합하다는 것을 확인하였다. 첫 번째 프로토타입의 경우 리벳은 상단 및 하단 액체 냉판을 고정하는 데 사용되었습니다.

보이드가 개발한 개념과 프로토타입의 가용성으로 자동차 업계는 인피니언 HybridPACK DSC 모듈을 사용하여 하이브리드 및 전기 자동차용 효율적인 인버터를 신속하게 설계할 수 있습니다.

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