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    利用熱模擬可以設計更好的戶外電子產品

    作者: 來源: 發布時間:2017-08-08 10:46:30

             電子產品在不同的熱環境中工作。他們的操作受到挑戰時,住房的大小減少,當產品安裝在一個開放的環境暴露在氣候條件下。太陽輻射將產品內部空氣的溫度差異從150提高到300%。

            圖1:這些圖像顯示了用于熱模擬(左)和傳熱路徑(右)的基本模型。
    這些圖像顯示了用于熱模擬(左)和傳熱路徑(右)的基本模型。
            電池的額定電壓為14.8伏,zui小容量為7.4。電池尺寸為110×73×40毫米。
     
            如果內部發熱相對較高,并且受到外來條件的影響,熱挑戰就會擴大。在產品的整個生命周期內,產品內部的熱生成和外部環境變化。在博世,我們用計算流體動力學(CFD)進行了各種設計的熱模擬,以幫助確定這種類型的電池的溫度上限。
     
    正在測試的產品
            我們的模擬和分析的基礎上,該產品將垂直安裝在巴西的戶外極點的場景。該設備的塑料外殼包圍電池和PCB的積極和被動的組成部分。外殼具有防止空氣泄漏密封墊提供IP65。外殼是防塵防水的,可以防止水從任何方向噴射出來。這個約束是指空氣不是內部與外部環境之間的交換,它創建了一個25%高的溫度(該產品)內的住房比non-ip65–保護住房在額定風速。
     
            圖2:自然對流產生的粒子流在電池周圍積聚熱空氣(左)。沖擊產品外殼時的氣流(右)。
    自然對流產生的粒子流在電池周圍積聚熱空氣
     
            在外殼內部,電池安裝在金屬板上,PCB安裝在螺釘上,避免與塑料外殼直接接觸(圖1)。我們忽略了電池的內部散熱,因為電池的電流低于臨界電流值。
     
    仿真模型
     
            我們進行了穩態熱模擬使用CFD軟件,FloTHERM,所有的三種方式:導熱、對流換熱的模擬,和輻射。仿真模型包括設備以及周圍環境的空氣。我們用正交各向異性熱導率模擬PCB為“集中”。有源元件(如半導體封裝)被顯式地建模,而無源元件(如電容器和電阻器)被建模為集總元件。
            圖3:電池的表面溫度,PCB和PCB上的組件(左)。橫截面的溫度場,通過電池的上腹部;注釋顯示在特定點的溫度(右)。
    電池的表面溫度,PCB和PCB上的組件(
            zui高溫度在巴西正式注冊了Bom Jesus 44.7?C,皮奧í州2005年11月21日。在模擬zui壞情況下的條件,我們用了45?C.以前的仿真結果表明,風撞擊對住房和陽光照射前對房屋的頂部為成份導致zui高溫度環境溫度。
    20170808104818.jpg
            在穩定狀態下,熱量將在內部產生熱量、由太陽通量引起的傳熱以及從外殼到周圍的熱量之間進行平衡。在直接接觸的物體之間會發生傳導,這在傳熱路徑中沒有顯示(圖1)。電池不耗散功率,通過與安裝板接觸的表面區域傳導熱量,通過內部空氣的對流和來自相鄰表面的輻射來加熱。
     
    試驗和分析結果
            為了分析產品的臨界狀態,將各個部件的溫度與其溫度極限進行了比較。由于電池含有化學物質,其周圍空氣溫度必須低于規定的溫度限制。電池周圍和周圍的溫度將在其整個壽命期間變化。我們對各種風速和內部恒定熱量產生和太陽通量的設計進行了模擬。
            圖4:ISO空氣液位為6米/秒的表面。
     

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