Met de voortdurende optimalisatie van de mondiale energiestructuren en vooruitgang in hernieuwbare energietechnologieën, spelen power electronics een steeds belangrijkere rol binnen systemen voor nieuwe energie. Van fotovoltaïsche omvormers tot windenergieopwekkingssystemen...
Met de voortdurende optimalisatie van de mondiale energiestructuren en vooruitgang in hernieuwbare energietechnologieën, spelen power electronics een steeds belangrijkere rol binnen systemen voor nieuwe energie. Van fotovoltaïsche omvormers tot windenergieopwekkingssystemen, en uitbreiding naar energieopslagsystemen en voertuigen op nieuwe energie , zijn vermoelektronische apparaten vrijwel overal aanwezig. De eisen voor een hoog vermogensdichtheid, hoge efficiëntie en langere levensduur zorgen er echter voor dat deze apparaten aanzienlijke hoeveelheden warmte genereren tijdens bedrijf. Indien deze warmte niet effectief wordt beheerd, vermindert dit niet alleen de efficiëntie van het apparaat, maar ondermijnt ook ernstig de betrouwbaarheid en levensduur van het systeem. Daarom is het ontwerp en de toepassing van koellichamen, als kerncomponent van thermisch beheer in vermoelektronische systemen, van groot belang voor de ontwikkeling van de nieuwe-energiesector.
Vermoelektronische apparaten zoals IGBT's, MOSFET's en vermoodioden genereren aanzienlijke warmte onder hoge-frequentie, hoge-vermogen bedrijfsomstandigheden. Temperatuurstijgingen leiden tot verhoogde schakelverliezen, verhoogde geleidingsimpedantie, versnelde veroudering van halfgeleidermaterialen en kunnen zelfs thermische doorloping veroorzaken. Daarom dienen heatsinks in vermogenelektronische systemen niet enkel als passieve koelinstrumenten, maar als cruciale componenten die systeemstabiliteit, een langere levensduur en verbeterde efficiëntie waarborgen. Met name in toepassingen op het gebied van nieuwe energie, waar vermogenscomponenten vaak continu werken onder wisselende omgevingstemperaturen, heeft de prestatie van de heatsink direct invloed op de betrouwbare werking van het systeem.
Fotovoltaïsche omvormers vormen de kern van zonnepanelensystemen en zetten gelijkstroom om in wisselstroom. Vermogenelektronica binnen omvormers wekt warmte op tijdens schakeloperaties met hoge frequentie. Onvoldoende thermisch beheer kan leiden tot verminderde efficiëntie van de omvormer of zelfs tot uitschakeling. Veelvoorkomende heatsinkconfiguraties zijn extrusie-aluminium heatsinks en vloeistofgekoelde platen. Extrusie-aluminium heatsinks verbeteren warmteafvoer door geoptimaliseerde lamellenstructuren, waardoor natuurlijke convectie of geforceerde luchtkoeling mogelijk is. Vloeistofgekoelde platen daarentegen gebruiken circulerende vloeistoffen om warmte af te voeren, wat ze geschikt maakt voor fotovoltaïsche omvormers met een hoog vermogensdichtheid of in afgesloten omgevingen.
Laadpalen genereren aanzienlijke warmte tijdens efficiënte energieoverdracht, waarbij de prestaties van de koellichaam (heat sink) direct bepalend zijn voor betrouwbaarheid, veiligheid en bedrijfslevensduur. Kernvermogensmodules (zoals IGBT's of SiC MOSFET's) ondervinden aanzienlijke vermogensverliezen bij het omzetten van wisselstroom uit het net naar gelijkstroom die nodig is voor de batterij, waarbij deze energie wordt vrijgegeven als warmte. Indien deze warmte niet tijdig wordt afgevoerd, kunnen kerncomponenten oververhit raken, wat leidt tot verminderde efficiëntie, prestatieverlies of zelfs permanente schade. Een efficiënt thermisch managementsysteem is fundamenteel om te garanderen dat laadpalen stabiel blijven functioneren onder hoge temperaturen en belasting, en hun nominale vermogen (bijvoorbeeld 120kW, 360kW of hoger) kunnen behouden, wat rechtstreeks invloed heeft op laadveiligheid en gebruikerservaring.
Momenteel worden voor thermisch management in laadpalen voornamelijk twee technische benaderingen gebruikt: luchtkoeling en vloeistofkoeling :
1. Radiatoren met geforceerde luchtkoeling: Dit is de gebruikelijke oplossing voor oplaadstations van de eerste generatie en met middelmatig tot laag vermogen. Het principe houdt in dat het contactoppervlak tussen vermogenscomponenten en lucht wordt vergroot via koellichamen, waarna ventilatoren worden gebruikt voor gedwongen convectieve warmte-uitwisseling. Deze aanpak kenmerkt zich door een eenvoudige structuur en lagere kosten, maar de koelingsprestaties zijn beperkt, het ventilatorgeluid is aanzienlijk en het systeem is gevoelig voor omgevingsstof, waardoor het moeilijk is aan de eisen van verdere ontwikkeling op het gebied van hogere vermogensdichtheid te voldoen.
2. Vloeistofgekoelde systemen: Voor snellaadpalen met hoog vermogen (meestal 150 kW en hoger) is vloeistofkoeling de standaard geworden. Dit systeem maakt gebruik van vloeistofgekoelde platen die direct in contact staan met warmte-afgevende componenten. Na het opnemen van warmte, transporteert de koelvloeistof deze naar een externe vloeistof-vloeistof- of vloeistof-lucht warmtewisselaar (de hoofdradiator) voor afvoer. Vloeistofkoeling presteert aanzienlijk beter dan luchtkoeling qua efficiëntie, neemt minder ruimte in beslag, biedt afgesloten bescherming voor kritieke interne onderdelen en vermindert het geluidsniveau aanzienlijk. Tegenwoordig wordt bij ultra-snelle laadpalen de vloeistofkoeling zelfs uitgebreid naar het laadkabelsnoer, wat veiligheid en een lichtgewicht ontwerp garandeert bij hoge stromen.
De snelle vooruitgang in vermogenelektronica en nieuwe energiesystemen stelt hogere eisen aan de prestaties van koellichamen. Door geoptimaliseerd ontwerp, zorgvuldige materiaalkeuze en intelligente regeling lossen koellichamen niet alleen thermische beheerproblemen effectief op, maar verbeteren ze ook de systemefficiëntie, verlengen ze de levensduur van componenten en bevorderen ze de duurzame ontwikkeling van nieuwe energietechnologieën. In de toekomst, met voortdurende vooruitgang in materiaalkunde en warmtebeheersingstechnieken, zullen koellichamen onmisbare kerncomponenten worden binnen de nieuwe energie-industrie en stevig technisch ondersteunen bij de realisatie van de groene energietransitie.
EN
