E-motor Potting – Giải pháp tản nhiệt tối ưu cho hệ thống động cơ Xe điện
Tại sao cần Quản trị Nhiệt trong Hệ thống Động cơ Xe điện?
Quản trị nhiệt trong động cơ điện là vấn đề của hầu hết các kỹ sư thiết kế nhiều năm nay. Mất mát nhiệt lượng trong các hệ thống động cơ máy chạy bằng điện ảnh hưởng nhiều đến hiệu năng của máy. Nếu lượng nhiệt mất mát vượt quá mức cho phép có thể làm giảm độ tin cậy của động cơ và rút ngắn thời hạn hoạt động của nó. Trong khi đó, xu hướng sử dụng năng lượng điện trong các phương tiện giao thông đang nâng cao yêu cầu về tích trữ năng lượng lớn trong một động cơ ngày càng nhỏ. Vì vậy, một hệ thống Quản trị Nhiệt tốt sẽ giúp các thiết bị chạy bằng điện và hệ thống điện tử chạy theo nó hoạt động tốt hơn, giảm thiểu mất mát điện năng và nâng cao hiệu suất làm việc.
Các loại vật liệu tản nhiệt sử dụng trong ứng dụng Potting
Trước đây, để cách điện cho rotor và stator của mô-tơ điện các nhà sản xuất thường sử dụng phương pháp đánh vécni. Tuy nhiên, lớp véc-ni này thường chứa các hợp chất hữu cơ bay hơi trong không khí VOCs, gây hại cho môi trường. Ngày nay, với sự nhận thức gia tang về vấn đề môi trường, hạn chế của luật pháp về việc sử dụng VOCs, những dung môi véc-ni đó đã không còn được sử dụng rộng rãi do không đáp ứng được nhu cầu cao của động cơ điện trong lĩnh vực Phương tiện giao thông vận tải. Phần nhiều lý do là vì đối với những động cơ điện này, một lớp cách điện không thể giải quyết được các vấn đề liên quan đến giảm kích thước, tang sức lưu trữ năng lượng, độ tin cậy, và bền bỉ trong môi trường hoạt động khắc nghiệt.
Điều này dẫn đến sự ra đời của một loại vật liệu mới – Vật liệu đổ khuôn Potting hay Encapsulant, đem đến nhiều ưu điểm vượt trội hơn:
Lớp bảo vệ chắc chắn: Vật liệu tạo thành lớp bảo vệ cho các bộ phận điện tử phía trong trước tác động của các tác nhân vật lý, hóa học và nhiệt độ. Encapsulant với độ đàn hồi nhất định có thể hấp thụ lực tác động do rung lắc, va đập và ngay cả tiếng ồn động cơ sinh ra bởi chính mô-tơ. Một số loại encapsulant resin còn có chứng chỉ chống cháy lan, giảm thiểu được rủi ro lớn nhất của xe điện.
Lớp cách điện: nếu không có lớp encapsulant, không khí và các lỗ hổng tồn tại bên trong cuộn dây có thể trở thành các điện cực giữa môi trường xung quanh với chất cách điện thứ cấp. Encapsulant resin có thể được sử dụng để điền đầy hoan toàn vào các lỗ hổng đó (thường hoan thành bằng Phương pháp potting chân không) để đảm bảo sự cách điện hoan hảo nhất cho các thành phần trong mô-tơ điện.
Lớp tản nhiệt: Một số loại encapsulant resin có hệ số truyền nhiệt cao vì vậy giúp ích nhiều cho việc loại bỏ lượng nhiệt không đáng có ra khỏi các vị trí “nóng” từ đó củng cố bền nhiệt của cả hệ thống.
Lớp chống ồn, rung lắc và môi trường khắc nghiệt (NVH): mặc dù mô-rơ điện hoạt động “yên tĩnh” và trơn tru hơn so với động cơ đốt trong truyền thống, chuyển động ít hơn lại khiến động cơ điện sinh ra các tần số song âm cao hơn tác động xấu trong dài hạn. Lớp encapsulant resin này giúp giải quyết được vấn đề do NVH gây ra và them nhiều giá trị khác cho người sử dụng xe.
Các loại vật liệu Potting và Encapsulant sử dụng cho Mô-tơ Xe điện
Không giống với các ứng dụng trong lĩnh vực máy bay, phải nhân đôi hoặc ba số lớp bảo vệ để tạo ra một hệ thống (để phòng ngừa các tình huống xấu), thiết kế ở lĩnh vực ô tô thường phải hoạt động ở ngay lần đầu tiên và mỗi lần sau đó trong suốt vòng đời của sản phẩm. Vì vậy, giải pháp về lớp resin bảo vệ này cũng vì thế mà giúp tăng cường hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống.
Vật liệu potting có thể là lớp Epoxy Resin, thường được sử dụng như một lớp cách điện giữa cuộn dây cảm ứng điện từ với stator trong xe điện. Loại resin này chống chịu tốt với các loại hóa chất thường thấy trong thiết bị điện và xe chạy bằng năng lượng tổng hợp (điện và xăng), như chất làm mát, và chống chịu tốt với dải nhiệt độ cao. Độ nhớt thấp của nhiều loại epoxy có thể giúp hợp chất potting thấm sâu vào các vị trí có diện tích hạn chế nhất. Tuy nhiên, một trong những hạn chế lớn nhất của epoxy đó là khả năng dẫn nhiệt và đàn hồi không tốt bằng hợp chất silicone.
Xe điện tạo ra một lượng lớn nhiệt trong quá trình nó hoạt động. Để mô-tơ điện hoạt động được lâu hơn và bền bỉ hơn, các nhà sản xuất hiện nay thường sử dụng Hợp chất Silicone để tản nhiệt. Nếu so sánh silicone với các loại vật liệu dẫn nhiệt khác, có thể thấy khả năng dẫn nhiệt của nó vượt trội hơn hẳn. Đo nhiệt độ của các vị trí ảnh hưởng bởi nhiệt trong động cơ điện, một báo cáo cho thấy, nhiệt độ khi sử dụng silicone thấp hơn 40°C đến 45°C so với khi sử dụng véc-ni và thấp hơn 12°C đến 15°C khi sử dụng với epoxy.
Xu hướng phát triển của các yêu cầu về Xe điện trong tương lai
Có một vài thay đổi chắc chắn trong các yêu cầu của người sử dụng cuối cùng, ví dụ như thời gian sạc nhanh hơn, nhiều trạm sạc hơn và tốc độ di chuyến cao hơn. Ở mỗi vòng lặp, thiết kế ở các thế hệ xe điện tiếp theo chăc chắn các bộ phận sẽ nhỏ hơn và năng lượng tạo ra phải lớn hơn. Và điều này cũng đồng nghĩa với việc nhiệt lượng sản sinh ra cũng sẽ lớn hơn. Lúc đó, cả nhiệt độ hoạt động trong ngắn và dài hạn cũng cần tăng lên đủ để đáp ứng nhu cầu. Vì vậy, encapsulant hay potting resin sẽ được sử dụng nhiều hơn trong thiết kế hiện tại và tương lai, không chỉ ở mô tơ điện, mà còn từ các cảm biến đến màn hình. PROSTECH đang phát triển nhiều các giải pháp về vật liệu tản nhiệt và potting hơn nữa để đáp ứng nhu cầu này của các nhà sản xuất trong lĩnh vực ô tô, hứa hẹn sẽ giúp ích cho sự phát triển của các đối tác trong giai đoạn hiện tại và cả tương lai.
Để nhận được các tư vấn về kỹ thuật chuyên sâu từ đội ngũ kỹ sư dày dặn kinh nghiệm, vui long liên hệ với chúng tôi qua:
