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利用热模拟可以设计更好的户外电子产品

作者: 来源: 发布时间:2017-08-08 10:46:30

         电子产品在不同的热环境中工作。他们的操作受到挑战时,住房的大小减少,当产品安装在一个开放的环境暴露在气候条件下。太阳辐射将产品内部空气的温度差异从150提高到300%。

        图1:这些图像显示了用于热模拟(左)和传热路径(右)的基本模型。
这些图像显示了用于热模拟(左)和传热路径(右)的基本模型。
        电池的额定电压为14.8伏,最小容量为7.4。电池尺寸为110×73×40毫米。
 
        如果内部发热相对较高,并且受到外来条件的影响,热挑战就会扩大。在产品的整个生命周期内,产品内部的热生成和外部环境变化。在博世,我们用计算流体动力学(CFD)进行了各种设计的热模拟,以帮助确定这种类型的电池的温度上限。
 
正在测试的产品
        我们的模拟和分析的基础上,该产品将垂直安装在巴西的户外极点的场景。该设备的塑料外壳包围电池和PCB的积极和被动的组成部分。外壳具有防止空气泄漏密封垫提供IP65。外壳是防尘防水的,可以防止水从任何方向喷射出来。这个约束是指空气不是内部与外部环境之间的交换,它创建了一个25%高的温度(该产品)内的住房比non-ip65–保护住房在额定风速。
 
        图2:自然对流产生的粒子流在电池周围积聚热空气(左)。冲击产品外壳时的气流(右)。
自然对流产生的粒子流在电池周围积聚热空气
 
        在外壳内部,电池安装在金属板上,PCB安装在螺钉上,避免与塑料外壳直接接触(图1)。我们忽略了电池的内部散热,因为电池的电流低于临界电流值。
 
仿真模型
 
        我们进行了稳态热模拟使用CFD软件,FloTHERM,所有的三种方式:导热、对流换热的模拟,和辐射。仿真模型包括设备以及周围环境的空气。我们用正交各向异性热导率模拟PCB为“集中”。有源元件(如半导体封装)被显式地建模,而无源元件(如电容器和电阻器)被建模为集总元件。
        图3:电池的表面温度,PCB和PCB上的组件(左)。横截面的温度场,通过电池的上腹部;注释显示在特定点的温度(右)。
电池的表面温度,PCB和PCB上的组件(
        最高温度在巴西正式注册了Bom Jesus 44.7˚C,皮奥í州2005年11月21日。在模拟最坏情况下的条件,我们用了45˚C.以前的仿真结果表明,风撞击对住房和阳光照射前对房屋的顶部为成份导致最高温度环境温度。
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        在稳定状态下,热量将在内部产生热量、由太阳通量引起的传热以及从外壳到周围的热量之间进行平衡。在直接接触的物体之间会发生传导,这在传热路径中没有显示(图1)。电池不耗散功率,通过与安装板接触的表面区域传导热量,通过内部空气的对流和来自相邻表面的辐射来加热。
 
试验和分析结果
        为了分析产品的临界状态,将各个部件的温度与其温度极限进行了比较。由于电池含有化学物质,其周围空气温度必须低于规定的温度限制。电池周围和周围的温度将在其整个寿命期间变化。我们对各种风速和内部恒定热量产生和太阳通量的设计进行了模拟。
        图4:ISO空气液位为6米/秒的表面。
 

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