S kontinuální optimalizací globálních energetických struktur a pokroky v oblasti technologií obnovitelných zdrojů energie hraje výkonová elektronika stále významnější roli v systémech nových zdrojů energie. Od fotovoltaických měničů po systémy větrných elektráren,
S kontinuální optimalizací globálních energetických struktur a pokroky v oblasti technologií obnovitelných zdrojů energie hraje výkonová elektronika stále významnější roli v systémech nových zdrojů energie. Z fotovoltaické měniče až po systémy výroby energie z větru, a dále až po systémy skladování energie a vozidla s alternativními zdroji energie , výkonové elektronické zařízení jsou téměř všudypřítomná. Požadavky na vysokou výkonovou hustotu, vysokou účinnost a prodlouženou životnost však vedou k tomu, že tato zařízení během provozu generují značné množství tepla. Pokud není toto teplo efektivně řízeno, nejenže se snižuje účinnost zařízení, ale také se výrazně zhoršuje spolehlivost a životnost systému. Návrh a aplikace chladičů proto mají jako klíčová součást termálního managementu ve výkonových elektronických systémech velký význam pro rozvoj průmyslu nových zdrojů energie.
Výkonová elektronická zařízení, jako jsou IGBT, MOSFET a výkonové diody, generují při vysokofrekvenčním a vysokovýkonovém provozu značné množství tepla. Zvýšení teploty vede ke zvýšeným spínacím ztrátám, vyšší vodivé impedanci, urychlenému stárnutí polovodičových materiálů a může dokonce spustit tepelný rozjezd. V důsledku toho tepelné odpady ve výkonových elektronických systémech nejsou pouze pasivními chladicími nástroji, ale klíčovými komponenty zajišťujícími stabilitu systému, prodlouženou životnost a zvýšenou účinnost. Obzvláště u aplikací nové energie, kde výkonová zařízení často pracují nepřetržitě za kolísavých okolních teplot, přímo ovlivňuje výkon tepelného odpadu spolehlivý provoz systému.
Fotovoltaické měniče tvoří základ fotovoltaických systémů, kde přeměňují stejnosměrný proud na střídavý. Výkonové součástky uvnitř měničů během spínacích operací ve vysoké frekvenci generují teplo. Nedostatečná tepelná správa může vést ke snížení účinnosti měniče nebo dokonce k jeho vypnutí. Mezi běžné konfigurace chladičů patří vytažené hliníkové chladiče a chladicí destičky s kapalinovým chlazením. Vytažené hliníkové chladiče zlepšují odvod tepla optimalizovanou strukturou žeber, čímž umožňují pasivní konvekci nebo nucené vzduchové chlazení. Naopak destičky s kapalinovým chlazením využívají cirkulující kapaliny k odvodu tepla, což je činí vhodnými pro fotovoltaické měniče s vysokou hustotou výkonu nebo pro použití v uzavřeném prostředí.
Nabíjecí stanice během efektivního přenosu energie generují významné množství tepla, přičemž výkon chladiče přímo určuje spolehlivost, bezpečnost a provozní životnost. Základní výkonové moduly (například IGBT nebo SiC MOSFET) vykazují významné ztráty při přeměně střídavého proudu ze sítě na stejnosměrný proud požadovaný baterií, přičemž tuto energii uvolňují ve formě tepla. Nedokážeme-li toto teplo rychle odvést, dojde k přehřátí klíčových komponent, což může vést ke snížení účinnosti, poklesu výkonu nebo dokonce k trvalému poškození. Efektivní systém tepelného managementu je zásadní pro zajištění stabilního provozu nabíjecích stanic za podmínek vysoké teploty a zátěže a pro udržení jmenovitého výkonu (např. 120 kW, 360 kW nebo vyšší), což přímo ovlivňuje bezpečnost nabíjení a uživatelskou zkušenost.
V současnosti se v tepelném managementu nabíjecích stanic primárně používají dva technické přístupy: chlazení vzduchem a kapalinové chlazení :
1. Radiátory se systémem nuceného větrání: Toto je běžné řešení pro nabíječky první generace a střední až nízkého výkonu. Princip spočívá ve zvětšení plochy kontaktu mezi výkonovými komponenty a vzduchem pomocí chladičů, následně jsou k nucenému proudění tepla použity ventilátory. Tento přístup má jednoduchou konstrukci a nižší náklady, ale jeho chladicí účinnost je omezená, hluk ventilátorů je významný a je náchylný k znečištění prachem z okolí, což ztěžuje splnění požadavků na vývoj vyšší hustoty výkonu.
2. Kapalinové chlazení: U vysokovýkoných rychlých nabíječek (obvykle 150 kW a více) se kapalinové chlazení stalo standardním řešením. Tento systém využívá chladicí desky s kapalinou, které těsně přiléhají k teplo vyvíjejícím komponentům. Po absorpci tepla nosič tepla přenáší teplo na vzdálený kapalina-kapalina nebo kapalina-vzduch výměník tepla (hlavní chladič), kde je odvedeno. Kapalinové chlazení je výrazně účinnější než chlazení vzduchem, má kompaktnější rozměry, poskytuje uzavřenou ochranu klíčových vnitřních komponent a výrazně snižuje hlučnost. U některých extrémně rychlých nabíječek se kapalinové chlazení rozšiřuje i do kabelu nabíjecí pistole, čímž se zajišťuje bezpečnost a lehká konstrukce při vysokých proudech.
Rychlý vývoj výkonové elektroniky a nových energetických systémů klade vyšší nároky na výkon chladičů. Prostřednictvím optimalizovaného návrhu, vhodné volby materiálů a inteligentní regulace chladiče nejen efektivně řeší problémy s tepelným managementem, ale také zvyšují účinnost systémů, prodlužují životnost komponent a přispívají k udržitelnému rozvoji technologií nové energie. Do budoucna, s průběžným pokrokem ve vědě o materiálech a technikách tepelného managementu, se chladiče stanou nepostradatelnou základní součástí průmyslu nové energie a poskytnou robustní technickou podporu pro dosažení přechodu na zelenou energii.
EN
