Với việc liên tục tối ưu hóa cơ cấu năng lượng toàn cầu và những tiến bộ trong công nghệ năng lượng tái tạo, điện tử công suất ngày càng đóng vai trò nổi bật trong các hệ thống năng lượng mới. Từ các bộ biến tần quang điện đến máy phát điện gió...
Với việc liên tục tối ưu hóa cấu trúc năng lượng toàn cầu và những tiến bộ trong công nghệ năng lượng tái tạo, điện tử công suất đang ngày càng đóng một vai trò nổi bật trong các hệ thống năng lượng mới. Từ từ các bộ biến tần quang điện đến các hệ thống phát điện gió và mở rộng tới các hệ thống lưu trữ năng lượng và phương tiện giao thông năng lượng mới , các thiết bị điện tử công suất gần như xuất hiện ở khắp mọi nơi. Tuy nhiên, nhu cầu về mật độ công suất cao, hiệu suất cao và tuổi thọ dài khiến các thiết bị này sinh ra lượng nhiệt lớn trong quá trình vận hành. Nếu lượng nhiệt này không được quản lý hiệu quả, nó không chỉ làm giảm hiệu suất thiết bị mà còn ảnh hưởng nghiêm trọng đến độ tin cậy và tuổi thọ của hệ thống. Do đó, với tư cách là thành phần cốt lõi trong quản lý nhiệt cho các hệ thống điện tử công suất, việc thiết kế và ứng dụng các bộ tản nhiệt có ý nghĩa quan trọng đối với sự phát triển của ngành công nghiệp năng lượng mới.
Các thiết bị điện tử công suất như Các IGBT, MOSFET và điốt công suất tạo ra lượng nhiệt đáng kể trong điều kiện hoạt động tần số cao và công suất lớn. Nhiệt độ tăng lên dẫn đến tổn thất chuyển mạch gia tăng, trở kháng dẫn điện tăng cao, quá trình lão hóa vật liệu bán dẫn diễn ra nhanh hơn và thậm chí có thể gây ra hiện tượng mất kiểm soát nhiệt. Do đó, tản nhiệt trong các hệ thống điện tử công suất không chỉ đơn thuần là công cụ làm mát thụ động mà còn là thành phần then chốt đảm bảo độ ổn định hệ thống, kéo dài tuổi thọ và nâng cao hiệu suất. Đặc biệt trong các ứng dụng năng lượng mới, nơi các linh kiện công suất thường xuyên vận hành liên tục dưới điều kiện nhiệt độ môi trường thay đổi, hiệu suất của tản nhiệt ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng vận hành ổn định của hệ thống.
Các bộ biến tần quang điện tạo thành lõi của hệ thống điện mặt trời, chuyển đổi dòng điện một chiều thành dòng điện xoay chiều. Các linh kiện điện trong bộ biến tần sinh nhiệt trong quá trình hoạt động chuyển mạch tần số cao. Việc quản lý nhiệt không đầy đủ có thể dẫn đến hiệu suất biến tần giảm hoặc thậm chí bị tắt máy. Các cấu hình tản nhiệt phổ biến bao gồm tản nhiệt nhôm ép đùn và các tấm làm mát bằng chất lỏng. Tản nhiệt nhôm ép đùn tăng cường khả năng tản nhiệt thông qua cấu trúc cánh tản nhiệt được tối ưu hóa, cho phép tản nhiệt đối lưu tự nhiên hoặc làm mát bằng gió cưỡng bức. Ngược lại, các tấm làm mát bằng chất lỏng sử dụng chất lỏng tuần hoàn để loại bỏ nhiệt, do đó phù hợp với các bộ biến tần quang điện có mật độ công suất cao hoặc hoạt động trong môi trường kín.
Các trạm sạc tạo ra lượng nhiệt đáng kể trong quá trình truyền năng lượng hiệu quả, với hiệu suất của bộ tản nhiệt trực tiếp quyết định độ tin cậy, an toàn và tuổi thọ hoạt động. Các mô-đun điện chính (như IGBT hoặc SiC MOSFET) chịu tổn thất công suất lớn khi chuyển đổi dòng điện xoay chiều từ lưới thành dòng điện một chiều cần thiết cho pin, giải phóng năng lượng này dưới dạng nhiệt. Việc không tản nhiệt kịp thời sẽ khiến các linh kiện chính bị quá nhiệt, dẫn đến suy giảm hiệu suất, giảm hiệu quả hoạt động hoặc thậm chí hư hỏng vĩnh viễn. Một hệ thống quản lý nhiệt hiệu quả là yếu tố nền tảng đảm bảo các trạm sạc vận hành ổn định trong điều kiện nhiệt độ cao, tải cao và duy trì công suất định mức (ví dụ: 120kW, 360kW hoặc cao hơn), ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn sạc và trải nghiệm người dùng.
Hiện tại, quản lý nhiệt cho trạm sạc chủ yếu sử dụng hai phương pháp kỹ thuật: làm mát bằng không khí và làm mát bằng chất lỏng :
1. Tản nhiệt làm mát bằng gió cưỡng bức: Đây là giải pháp phổ biến cho các trạm sạc thế hệ đầu và công suất trung bình đến thấp. Nguyên lý của nó bao gồm việc tăng diện tích tiếp xúc giữa các linh kiện điện và không khí thông qua các cánh tản nhiệt, sau đó sử dụng quạt để thực hiện trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức. Phương pháp này có cấu trúc đơn giản và chi phí thấp hơn, nhưng hiệu quả làm mát bị hạn chế, độ ồn của quạt lớn và dễ bị ảnh hưởng bởi bụi trong môi trường, do đó khó đáp ứng được yêu cầu phát triển mật độ công suất cao hơn.
2. Hệ thống làm mát bằng chất lỏng: Đối với các bộ sạc nhanh công suất cao (thường từ 150kW trở lên), làm mát bằng chất lỏng đã trở thành phương pháp phổ biến. Hệ thống này sử dụng các tấm làm mát bằng chất lỏng tiếp xúc sát với các thành phần sinh nhiệt. Sau khi hấp thụ nhiệt, chất làm mát sẽ truyền nhiệt đến bộ trao đổi nhiệt dạng chất lỏng - chất lỏng hoặc chất lỏng - không khí (bộ tản nhiệt chính) để giải phóng nhiệt. Làm mát bằng chất lỏng vượt trội hơn đáng kể so với làm mát bằng không khí về hiệu suất, có kích thước nhỏ gọn hơn, cung cấp khả năng bảo vệ kín cho các thành phần nội bộ quan trọng và giảm tiếng ồn đáng kể. Hiện nay, các bộ sạc siêu nhanh thậm chí còn mở rộng hệ thống làm mát bằng chất lỏng xuống cả dây sạc và đầu súng sạc, đảm bảo an toàn và thiết kế nhẹ dưới dòng điện cao.
Sự phát triển nhanh chóng của điện tử công suất và các hệ thống năng lượng mới đặt ra yêu cầu cao hơn về hiệu suất đối với các bộ tản nhiệt. Thông qua thiết kế tối ưu, lựa chọn vật liệu hợp lý và điều khiển thông minh, các bộ tản nhiệt không chỉ giải quyết hiệu quả các thách thức về quản lý nhiệt mà còn nâng cao hiệu suất hệ thống, kéo dài tuổi thọ linh kiện và thúc đẩy phát triển bền vững các công nghệ năng lượng mới. Trong tương lai, cùng với sự tiến bộ liên tục trong khoa học vật liệu và các kỹ thuật quản lý nhiệt, các bộ tản nhiệt sẽ trở thành những thành phần cốt lõi không thể thiếu trong ngành công nghiệp năng lượng mới, cung cấp sự hỗ trợ kỹ thuật vững chắc cho quá trình chuyển dịch sang năng lượng xanh.
EN
