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产品散热设计(二)

2016-9-5 11:33:01      点击:

 动力电池的热管理用冷却剂


常用的动力电池冷却系统冷却剂有空气、水、乙二醇水溶液、硅油、变压器油、含氟化合物和蓖麻油等,下面分别对这几种冷却剂进行介绍。

 

(1)空气

风冷是冷却方式的一种,即利用空气作为流体冷却电池组。空气是地球上非常洁净的能源之一,风冷冷却系统具有结构简单,成本低,可靠性高和占用空间少等优点;但是风冷冷却效率一般,一般仅用于发热功率密度比较小的场合。

 

(2)水

从密度、导热系数、动力黏度、冰点、沸点和比热容等方面来看,水大概是最好的冷却液。如果要长期正常运行,需要使用去离子蒸馏水。去离子水(deionized water)是指除去了呈离子形式杂质的纯水。国际标准化组织ISO/TC147规定的“去离子”定义为去离子水完全或不完全地去除离子物质,主要指采用离子交换树脂处理方法。现在的工艺主要采用RO反渗透的方法制取。去离子水有它的缺点,工作温度只能在0℃-100℃之间。为了解决这个问题需要在水中添加其它冷却剂,例如乙二醇,这时工作温度范围可以扩展到-24℃-105℃,但是乙二醇的导热系数较低,会降低整体的导热性能。如果回路中使用铜和铝等材料,就需要考虑乙二醇对材料的腐蚀性。

 

(3)硅油

硅油是一种很有效的冷却剂,它的凝点一般小于-50℃,有的甚至可以达到-70℃,其在低温下可以长期贮存而黏度不会发生变化。硅油具有良好的热氧化稳定性,如热分解温度大于300℃,蒸发损失小,黏度变化小。但是硅油的具有热膨胀系数比较大,可能产生超压问题,具有一定的吸湿性,表面张力小(易从机器中泄漏)等缺点,然而这些问题可以通过优化设计减少甚至杜绝。

 

(4)变压器油

变压器油又称为绝缘油,是指通过石油炼制的矿物型绝缘油,凝固点一般小于-45℃。变压器油的耐电强度和传热性能都比较好,因此目前国内外的电气设备,尤其是大中型电力变压器及电抗器等基本上都采用油浸式结构,而且变压器油起着绝缘和散热的双重作用。

 

(5)蓖麻油

蓖麻油是脂肪酸的三甘油酯。蓖麻油具有流动性好的优点,精制蓖麻油在-22℃时仍可流动,-50℃急冷后无混浊。蓖麻油的相对介电常数约为4.3,在常见的油脂中为最高。用蓖麻油为原料制造的聚氨酯胶黏剂具有良好的低温性能、耐水解性以及优良的电绝缘性。蓖麻油用途广泛,多用在药品、化妆品、润滑油、润滑剂、金属加工油、纤维油剂、涂料、塑料、粘合剂、可塑剂等方面。

 

(6)氟化液

氟化液是一种黏度与水近似的液体,具有优秀的导热性。氟化液常用于稀释溶剂,清洗颗粒杂质以及冷却电子器件。

 


 

冷板散热

冷板是一种单流体的热交换器,经常用做电子设备的底座,它通过空气、水或者其它冷剂在通道内强迫对流,带走安装在其上的电子设备或元器件的耗热器。

常用冷板按其所用冷剂不同可分为气冷式冷板和冷液板两类。气体式冷板一般是以空气为介质,使其与冷板对流,从而带走电子设备的耗散热。冷液板采用液体为介质,需要以下一些关键的注意点:

 

(1)液体冷却系统用泵

在液体冷却系统中,为了选择合适的泵,必须计算冷却液流过全系统总压力损失。通常要计算三个主要的压降。

  摩擦压降,它由液体的速度和管内的表面粗糙决定。

  高度差压降。

  由弯头、三通和过渡段等附件引起的压降。这些附件常常是电子设备液体冷却系统的主要压降源。


(2)存储和膨胀箱

用来冷却电子设备的冷却液系统常采用全密封结构。因此,必须采取一些措施来吸纳由于温度升高和流体热膨胀而增加的体积。此外,还必须去除冷却剂中的空气,提供某种缓冲装置来降低系统的压力波动。所有这些都是用膨胀箱来完成的,膨胀箱也起着液体冷却剂存储箱的作用。

 

(3)液体冷却液

冷却剂是冷却系统中不可缺少的一部分,它在冷却系统中循环,将工作中产生的热量带走,最终保证系统能够在正常温度下运行。这样对冷却剂的要求就非常苛刻,冷却剂特性主要有以下五个方面:


a) 冷却液的热特性。包括导热系数、比热容、密度、黏度、膨胀系数和表面    张力等。

b) 物理特性。使用冷却液的方便性和安全性、包括适当的沸水和冰点。

c) 电气特性。包括介电强度、体积电阻率、介电常数和损耗因素等。

d) 相容性。与元器件的相容性要好,不产生化学反应,热稳定性要好,不易     挥发。

e) 经济型。成本要低。