發(fā)光LED液冷方案在汽車(chē)行業(yè)的應用

　　3.2.2 熱交換器（熱沉）的優(yōu)化

　　散熱器的設計取決于其外部的條件，如空氣流動(dòng)的類(lèi)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，因為流動(dòng)方向不能選擇，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)化有很多參數需要考慮，如齒片長(cháng)度，數量，基座厚度等。由于上述參數都會(huì )對LED溫度有影響，故需要迭代程序對一系列參數進(jìn)行評估。下面是對系列參數的研究結論：

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

　　4) 齒片寬度（w）。計算最優(yōu)值是9mm。類(lèi)似于齒長(cháng)，齒寬在7.5-10mm之間變化時(shí)，溫度波動(dòng)很小。

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

　　6)Y方向齒數（Ny）。由于前照燈空間的限制，在最寬的邊上放盡可能多的齒，最窄邊放較少的數量。經(jīng)計算最優(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 熱沉參數及三維尺寸

　　因為此系列優(yōu)化參數之間會(huì )互相影響（如齒長(cháng)和齒寬），故在整個(gè)優(yōu)化過(guò)程中需要同時(shí)考慮這些因素。（見(jiàn)圖10）

圖10 齒長(cháng)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（如齒數）是獨立參數，可以單獨進(jìn)行優(yōu)化（如圖11）。

圖11 LED溫度和齒數的關(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)化結果
t=5，H>30,h>25, l=4.5,w=9,Nx=8,Ny=7

　　可微調的參數（結溫變化小于1度）
3.5l6, 5w10,35Nx45,7Ny

　　4. 結論

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

　　文中說(shuō)明了空氣冷去和被動(dòng)液冷的方式要么不能滿(mǎn)足LED結溫最大容許溫度要么無(wú)法在實(shí)際中實(shí)現。雖然有的方法單從散熱分析的角度來(lái)看是可行的，但考慮到光學(xué)和機械方面又不能滿(mǎn)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計進(jìn)行全面考慮。

　　基于此主動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(zhù)高亮度白光LED的發(fā)展，將來(lái)對特定光的供電功率會(huì )進(jìn)一步持續降低。因此熱耗散量也會(huì )降低。隨著(zhù)對系統加電功率的降低和熱耗散量的減少，冷卻方式可能又會(huì )采用被動(dòng)冷卻的方式。