Avec l'optimisation continue des structures énergétiques mondiales et les progrès des technologies d'énergie renouvelable, l'électronique de puissance joue un rôle de plus en plus important dans les systèmes d'énergies nouvelles. Des onduleurs photovoltaïques aux systèmes de production d'énergie éolienne...
Avec l'optimisation continue des structures énergétiques mondiales et les progrès des technologies d'énergie renouvelable, l'électronique de puissance joue un rôle de plus en plus important dans les systèmes d'énergies nouvelles. De des onduleurs photovoltaïques aux systèmes de production d'énergie éolienne, et s'étendant à les systèmes de stockage d'énergie et les véhicules électriques , les dispositifs électroniques de puissance sont pratiquement omniprésents. Cependant, les exigences en matière de densité de puissance élevée, d'efficacité élevée et de durée de vie prolongée font que ces dispositifs génèrent des quantités importantes de chaleur pendant leur fonctionnement. Si cette chaleur n'est pas correctement gérée, elle réduit non seulement l'efficacité du dispositif, mais compromet également gravement la fiabilité du système et sa durée de vie. Par conséquent, en tant que composant central de la gestion thermique dans les systèmes électroniques de puissance, la conception et l'application des dissipateurs thermiques revêtent une importance considérable pour le développement de l'industrie des nouvelles énergies.
Les dispositifs électroniques de puissance tels que Les IGBT, les MOSFET et les diodes de puissance génèrent une chaleur importante dans des conditions de fonctionnement à haute fréquence et à forte puissance. Les augmentations de température entraînent des pertes de commutation accrues, une impédance de conduction élevée, un vieillissement accéléré des matériaux semi-conducteurs, et peuvent même provoquer un emballement thermique. Par conséquent, les dissipateurs thermiques dans les systèmes électroniques de puissance ne servent pas uniquement d'outils de refroidissement passifs, mais constituent des composants essentiels assurant la stabilité du système, une durée de vie prolongée et une efficacité améliorée. En particulier dans les applications liées aux nouvelles énergies, où les dispositifs de puissance fonctionnent souvent en continu sous des températures ambiantes variables, les performances des dissipateurs thermiques influencent directement le fonctionnement fiable du système.
Les onduleurs photovoltaïques constituent le cœur des systèmes solaires PV, convertissant le courant continu en courant alternatif. Les composants de puissance à l'intérieur des onduleurs génèrent de la chaleur lors des opérations de commutation à haute fréquence. Une gestion thermique inadéquate peut entraîner une réduction de l'efficacité de l'onduleur ou même son arrêt. Les configurations courantes de dissipateurs thermiques incluent les dissipateurs en aluminium extrudé et les plaques de refroidissement liquide. Les dissipateurs en aluminium extrudé améliorent la dissipation de la chaleur grâce à des structures d'ailettes optimisées, permettant un refroidissement par convection naturelle ou par air forcé. Les plaques à refroidissement liquide, quant à elles, utilisent des fluides circulants pour évacuer la chaleur, ce qui les rend adaptées aux onduleurs PV à forte densité de puissance ou destinés à des environnements fermés.
Les stations de recharge génèrent une chaleur importante lors du transfert efficace d'énergie, la performance du dissipateur thermique déterminant directement la fiabilité, la sécurité et la durée de fonctionnement. Les modules de puissance principaux (tels que les IGBT ou les MOSFET en SiC) subissent des pertes de puissance significatives lors de la conversion du courant alternatif du réseau en courant continu requis par la batterie, libérant cette énergie sous forme de chaleur. En cas d'évacuation insuffisante de cette chaleur, les composants principaux surchauffent, ce qui entraîne une dégradation de l'efficacité, une baisse des performances, voire des dommages permanents. Un système efficace de gestion thermique est fondamental pour garantir un fonctionnement stable des stations de recharge dans des conditions de haute température et de forte charge, et pour maintenir leur puissance nominale (par exemple 120 kW, 360 kW ou plus), ce qui impacte directement la sécurité de la recharge et l'expérience utilisateur.
Actuellement, la gestion thermique des stations de recharge repose principalement sur deux approches techniques : le refroidissement par air et le refroidissement liquide :
1. Radiateurs à refroidissement par air forcé : Cette solution est courante pour les bornes de recharge des premières générations et de puissance moyenne à faible. Son principe consiste à augmenter la surface de contact entre les composants électriques et l'air à l'aide d'ailettes de refroidissement, puis à assurer un échange thermique convectif forcé à l'aide de ventilateurs. Cette approche se caractérise par une structure simple et un coût réduit, mais son efficacité de refroidissement est limitée, le bruit des ventilateurs est important et elle est sensible à la poussière ambiante, ce qui rend difficile la satisfaction des exigences liées au développement de densités de puissance plus élevées.
2. Systèmes refroidis par liquide : Pour les chargeurs rapides de haute puissance (généralement 150 kW et plus), le refroidissement par liquide est devenu l'approche dominante. Ce système utilise des plaques de refroidissement liquide en contact étroit avec les composants générateurs de chaleur. Après avoir absorbé la chaleur, le fluide caloporteur transporte celle-ci vers un échangeur thermique liquide-liquide ou liquide-air distant (le radiateur principal) pour dissipation. Le refroidissement par liquide surpasse largement le refroidissement par air en termes d'efficacité, offre une empreinte plus compacte, assure une protection étanche des composants internes critiques et réduit considérablement le bruit. Actuellement, les chargeurs ultra-rapides étendent même le refroidissement par liquide au câble du pistolet de charge, garantissant sécurité et légèreté sous de forts courants.
Le développement rapide de l'électronique de puissance et des systèmes d'énergie nouvelle impose des exigences accrues en matière de performance pour les dissipateurs thermiques. Grâce à une conception optimisée, un choix judicieux des matériaux et une commande intelligente, les dissipateurs thermiques ne résolvent pas seulement efficacement les problèmes de gestion thermique, mais améliorent également l'efficacité du système, prolongent la durée de vie des composants et favorisent le développement durable des technologies de l'énergie nouvelle. À l'avenir, avec les progrès continus dans les sciences des matériaux et les techniques de gestion thermique, les dissipateurs thermiques deviendront des composants centraux indispensables dans le secteur de l'énergie nouvelle, offrant un soutien technique solide pour concrétiser la transition vers une énergie verte.
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