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聚焦电动车散热工程方案,高柏科技推出一条龙散热对策服务

2022-06-26 242


成立于 2003 年的高柏科技(T-Global),一开始从导热界面材料(TIM)起家,随着 5G、IoT、电动车的蓬勃发展,为了满足客户更具整体性散热的强烈需求,该公司随即推出能弹性满足各种客制化需求的散热模组,紧接着又更进一步推出结合热模拟产品顾问服务、先进材料与应用工程的一条龙散热对策服务,透过更全面性的技术咨询、规格讨论与产品设计,进而为客户提供最合适的散热工程解决方案。

多年来,高柏科技已累积超过 4,000 家世界知名客户指定使用,包括特斯拉、Gogoro、中华汽车、小鹏及台朔汽车在内的客户,产业横跨服务器中心、5G 手机、通讯、车用电子、锂电池、面板、电源供应器、医疗及军用科技等领域。近年来,电动车的蓬勃发展尤其受到瞩目,在特斯拉的引领下,传统汽车大厂也纷纷全力发展电动车,预估 2025 年到 2026 年之际,将会出现电动车销售量超越燃油车的“黄金交叉点”。根据高柏科技产品长游宝翰的估计,从去年开始,电动车散热市场规模每年皆以两三倍的成长幅度向上发展。

散热成为电动车设计重点,电池模组则是电动车散热的重中之重

在各大厂致力开发更先进智慧电动车系统的同时,散热问题已然成为当前电动车设计上的重中之重。由于电动车内充斥电池封包、车载智慧系统以及各种需要接电的电控元件,所以会形成电生热的现象,极需进行解热工程,否则一旦温度过高就会对车用电池模组、电子元件及各类智慧系统造成运作及寿命上的影响。

游宝翰表示,与传统燃油车不同的,电动车的动力来源来自体积庞大占了整个车身与底盘空间几近一半的电池模组,电池在充电与放电时都会产生大量的热能。尤有甚者,比起传统燃油车约需花费 5 到 10 分钟才会慢慢升温,电动车只需 1 到 3 分钟就会产生几百瓦以上的热能,所以如何快速有效的进行热管理,以避免电池寿命与充放电效率受到影响便成为关键。

目前针对电动车电池模组的解热设计重点,在于透过传导方式将废热带至电池模组外壳进行热交换。实作上会针对电池与电池之间的缝隙,透过单剂型导热胶泥或双剂型导热封胶进行填缝,同时会在电池顶部或底部搭配低导热系数(约 2.0 至 3.0 W/mk)的软性导热垫片将热引导至外壳。由于电池在长期高温下会容易出现膨胀,并挤压到其他车用元件或机构,进而造成汽车高速行进中的风险。对此,高柏科技除了运用上述导热机制外,并进行温度墙设定,一旦温度超过 45度 就会自动进入保护机制。

▲电动车汽配 TIM 与导热元件设计示意图。(Source:高柏科技)

为客户把关从 ADAS 中控台到马达的电动车散热设计重点

除了电池模组外,电动车还有其他值得关注的解热重点,包括 ADAS 先进驾驶辅助系统/中控台、车用多媒体影音导航系统、行车记录器、电压转换器及马达。不仅如此,电动车中的行车电脑、跟车雷达、座舱屏幕,乃至自驾车上的光达/摄影镜头都是热源所在,也都是散热工程设计上需要注意的环节。

如今 ADAS 中控系统内建功能愈益多元,因而在运作上会产生许多废热,其中尤以电子控制单元(ECU)的散热问题最为重要。目前主流解热方案是采用可因应基板上许小尺寸芯片散热的不同厚度的小尺寸导热垫片(导热系数约在 4.0 至 6.0 W/mk),然后再将废热导至大面积的铝挤型散热片上。

至于车用多媒体影音导航系统的热处理重点在于影像处理芯片,需要借助高导热系数的导热垫片,一样将废热传导到散热片上,为了避免废热过度集中问题,亦可搭配热导管来分散废热。目前针对空间有限的行车记录器,除了会采用因应摄录镜头的低挥发或非硅型导热垫片之外,陶瓷散热片搭配导热双面胶、外壳开孔或加装小型风扇等都是常见的解决之道。

再就电压转换器来说,为了解决电压转换瞬间所产生的大量废热,以避免会对转换效率造成影响的高温出现,透过导热系数约在 2.0 至 4.0 W/mk 之间的较厚导热垫片,以便将热传导至金属外壳会是最佳设计要诀。在马达方面,传统上会以凡立水散热漆料涂在马达铜线线圈上。高柏科技技术长洪赞濠强调指出,目前高柏科技正在开发添加导热填料的导热漆料,以及在凡立水中添加幅射性散热填料的做法,来实现更佳的马达散热效率。

以导热界面材料起家的高柏科技,长年致力于能满足顾客客制化需求的产品设计研发与量产需求,其主力产品包括 TG-A7000导热胶泥、TG-A3500 超软导热硅胶片及 S730/TG-A730 导热封胶。值得一提的是,该公司除了领先业界开发出导热系数超越 17 W/mk 的导热界面材料外,并成功在一年内量产出符合德国零组件供应商柏格华纳(Borg Warner)的 5 W/mk 导热凝胶,堪称是高柏科技在车用电子领域赢得漂亮胜利的第一仗。洪赞濠兴奋地表示,该公司今年更成功开发出导热系数高达 25 W/mk 的导热硅胶垫片,这使得该公司在市场上得以与日本导热材料领导厂商日本富士高分子平起平坐。

秉持“所有散热皆从导热开始”,蜕变成为散热工程顾问服务公司

“所有散热皆从导热开始,”游宝翰强调这是高柏科技经营散热市场的最高指导原则。在此原则的引领下,该公司约莫从 5、6 年前开始根据不同散热管理需求,将产品研发一举从导热界面材料,跨越到均温板、热导管等导热元件,以及散热片及散热风扇等主被动散热元件上,并进一步弹性搭配出不同的散热模组,一跃而成为全面性客制化散热解决方案供应商。

▲高柏科技实验室一隅。(Source:高柏科技)

以往个别的散热元件与机制多半只能处理单点的废热问题,面对内含多个热点的电动车,就需要事先进行整体性的散热评估分析,才能实现系统性的散热功效。针对这样的需求,高柏科技特别引进适用于所有产品开发中进行热管理模拟分析与规划的 FloTHERM XT 热流模拟软件、FloTHERM 电子散热分析软件与 FloEFD 独特网格技术,进而打造出从顾客产品开发初期便能协助最全面性散热设计的一条龙散热对策服务。

随着产品顾问服务的推出之后,高柏科技也蜕变成为拥有雄厚客制化散热工程方案与技术基础的散热工程顾问服务公司。结合先进材料部门的导热界面材料研发实力、应用工程部门最无与伦比的弹性化散热模组,以热流模拟软件为强大后盾的一条龙散热对策服务,以及累积 20 多年的产业经验优势,高柏科技因而能为每个客户提供当下最合适、可量产的热工程解决方案,进而携手客户与合作伙伴共同打造出智慧、优质、高效、零碳排的“第三生活空间”。

(首图来源:高柏科技;高柏科技产品长游宝翰(右)与技术长洪赞濠(左)合照)

2022-03-07 22:17:00

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