Tehoelektroniikan lämmönhallinta sähkö- ja hybridiajoneuvoissa

Abstract

Työn tavoitteena on selvittää mitkä ovat tällä hetkellä yleisimmät tehoelektroniikan lämmönhallinnan ratkaisut sähkö- sekä hybridiajoneuvoissa, sekä selvittää minkälaista teknologiaa lämmönhallintajärjestelmiin on tulossa. Työ on kirjallisuuskatsaus ja siinä keskitytään ainoastaan henkilöautoihin. Työ ei käsittele myöskään ajoneuvojen akkuja tai moottoreita, vaan ainoastaan tehoelektroniikkaa.

Koska ajoneuvoissa käytettyjen tehoelektroniikkakomponenttien minimilämpötila on niin alhainen, lämmönhallinta keskittyy ainoastaan jäähdytykseen. Tehoelektroniikan jäähdytys voidaan toteuttaa joko passiivisesti, aktiivisesti tai näiden yhdistelmällä. Tutkimukset ovat osoittaneet, että nestejäähdytys on kaikista tehokkain jäähdytysmenetelmä ja sen tehokkuuden kannalta on tärkeää saada neste mahdollisimman lähelle kuumenevia komponentteja. Kehittyneemmissä menetelmissä sähköiset komponentit voivat olla kosketuksissa sähköisesti eristävien nesteiden kanssa, mikä lisää jäähdytystehokkuutta entisestään. Kehittyneen puolijohdeteknologian sekä materiaalitekniikan avulla jäähdytysjärjestelmän kokonaismassaa saadaan pienennettyä ja tällöin ajoneuvon hyötysuhdetta kasvatettua. Myös yhdistämällä eri komponenttien jäähdytysjärjestelmien nestekiertoja, sähköajoneuvon kokonaismassaa saadaan pienennettyä entisestään.

The goal of this study is to investigate the current methods of power electronics thermal management in electric and hybrid vehicles and also find out what kind of technology might come up in the future. The study is literature review and focuses only on passenger cars. The work does not address vehicles motors or battery but only power electronics.

Because the minimum temperature of power electronic components used in electric vehicles is so low, heat management focuses only on cooling. Power electronics can be cooled either passively, actively or by a combination of the two. Studies have shown that liquid cooling is the most efficient cooling method, and it is important for its effectiveness to get the liquid as close as possible to the heating component. In more advanced methods, electrical components may be in contact with electrically insulating fluids, further increasing cooling efficiency. With the help of advanced semiconductor technology and material technology, the total mass of the cooling system can be reduced and thus the efficiency of the vehicle increased. Also, by combining the fluid cycles of the cooling systems of different components, the total mass of the electric vehicle can be reduced even further.