發(fā)光LED液冷方案在汽車行業(yè)的應(yīng)用

　　3.2.2 熱交換器（熱沉）的優(yōu)化

　　散熱器的設(shè)計(jì)取決于其外部的條件，如空氣流動的類型和工作環(huán)境，這些都決定了器件的擺放位置及空氣流速。在本例中，熱沉被水平放置，因?yàn)榱鲃臃较虿荒苓x擇，故為了降低整體重量需要對散熱器的齒片形狀進(jìn)行選擇。

　　散熱器外形優(yōu)化有很多參數(shù)需要考慮，如齒片長度，數(shù)量，基座厚度等。由于上述參數(shù)都會對LED溫度有影響，故需要迭代程序?qū)σ幌盗袇?shù)進(jìn)行評估。下面是對系列參數(shù)的研究結(jié)論：

　　1）熱沉基座厚度（t）?；谄溥B接冷板下面進(jìn)而把熱量傳遞到整個(gè)面積上，故基座厚度對LED溫度影響很小。為了減少熱沉重量，在機(jī)械方面容許的情況下盡可能減少厚度。確定選擇厚度為5mm。

　　2)熱沉高度（H）. 熱沉的整體高度等于基座厚度(t)加上齒高(h)。齒高大小事此優(yōu)化中最重要的參數(shù)。盡量的采取較高的尺寸，但注意不能遮擋光的限制。

　　3）齒片長度（l）。計(jì)算最優(yōu)值是4.5mm。然而LED溫度對于齒片長度在最優(yōu)值附近波動的敏感度很小。根據(jù)模擬情況，其值在3.5-6mm之間變換時(shí)溫度波動小于1度。所以在上述范圍內(nèi)齒片長度都是可以行的。

　　4) 齒片寬度（w）。計(jì)算最優(yōu)值是9mm。類似于齒長，齒寬在7.5-10mm之間變化時(shí)，溫度波動很小。

　　5）X方向齒數(shù)（Nx）。計(jì)算最優(yōu)值40個(gè)，及此方向齒間距5.1mm。從熱模擬結(jié)果看，此算例中X方向的齒數(shù)在35-45之間變換。

　　6)Y方向齒數(shù)（Ny）。由于前照燈空間的限制，在最寬的邊上放盡可能多的齒，最窄邊放較少的數(shù)量。經(jīng)計(jì)算最優(yōu)值在為7個(gè),其間距為4mm。7個(gè)以上也是可行的。

　　7）鋁質(zhì)散熱器的最終優(yōu)化熱沉重量少于800克。

圖9 熱沉參數(shù)及三維尺寸

　　因?yàn)榇讼盗袃?yōu)化參數(shù)之間會互相影響（如齒長和齒寬），故在整個(gè)優(yōu)化過程中需要同時(shí)考慮這些因素。（見圖10）

圖10 齒長和齒寬相互變化時(shí)LED溫度的變化A)3D視圖B)剖面圖

　　其它參數(shù)（如齒數(shù)）是獨(dú)立參數(shù)，可以單獨(dú)進(jìn)行優(yōu)化（如圖11）。

圖11 LED溫度和齒數(shù)的關(guān)系（X方向：深蘭色；Y方向：粉色）

　　總之，優(yōu)化后的熱沉尺寸如下所示（單位：mm）

　　優(yōu)化結(jié)果
t=5，H>30,h>25, l=4.5,w=9,Nx=8,Ny=7

　　可微調(diào)的參數(shù)（結(jié)溫變化小于1度）
3.5l6, 5w10,35Nx45,7Ny

　　4. 結(jié)論

　　此文闡述了對于高亮度LED燈應(yīng)用在創(chuàng)新型汽車前照燈時(shí)采取的主動液冷方式及其優(yōu)化。

　　文中說明了空氣冷去和被動液冷的方式要么不能滿足LED結(jié)溫最大容許溫度要么無法在實(shí)際中實(shí)現(xiàn)。雖然有的方法單從散熱分析的角度來看是可行的，但考慮到光學(xué)和機(jī)械方面又不能滿足要求。因此為了找到合適的散熱管理方法需要對前照燈設(shè)計(jì)進(jìn)行全面考慮。

　　基于此主動式液冷方式被確定為最適合的優(yōu)化方案。此文闡述了幾種不同的主動式液冷方案并進(jìn)行了對比研究。散熱優(yōu)化還包括了液體流動優(yōu)化和熱沉優(yōu)化進(jìn)而最大可能的提高其散熱性能。在整個(gè)優(yōu)化方案尋優(yōu)中，熱方面不是唯一考慮的因素，所有相關(guān)的方面都加以了考慮如工藝制造和產(chǎn)品具體要求等方面。

　　隨著高亮度白光LED的發(fā)展，將來對特定光的供電功率會進(jìn)一步持續(xù)降低。因此熱耗散量也會降低。隨著對系統(tǒng)加電功率的降低和熱耗散量的減少，冷卻方式可能又會采用被動冷卻的方式。