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混合動力車動力系統之DC-DC電壓轉換器的導熱分析與鎖附位置的最佳化研究

為了解決AUTOart的問題，作者陳帝均 這樣論述：

近年來全球氣候之變遷，空氣污染等環境問題，已嚴重影響人類生活。而燃油引擎排放廢氣所造成的空氣汙染，更是造成溫室效應的關鍵原因。因應之道，各國將逐漸以電為動力將取代燃油、煤等作為汽車的動力來源。一般電動車的動力系統是利用蓄電池提供電力給電動機，而電動機將電能轉換為動能驅動車子。本研究主要探討混合動力車動力系統之 DC-DC電壓轉換器的散熱問題，其功能是將輸入電壓透過電子元件轉換成所需工作電壓，以提供給車用電子設備，每當電壓轉換時晶片就會發熱，因此其元件散熱功能影響性能至鉅。而電控系統之材料性質、尺寸外觀和配置…等，對散熱良窳都會造成影響，本研究則針對動力系統電子元件的螺栓孔位置及螺栓壓

力大小為研究主軸，藉由分析模擬與實驗驗證比較，以得到最佳散熱效果之螺栓位置與鎖附壓力大小。 螺栓鎖附之兩元件互相接合時，其接合介面仍會有空氣空隙中，這些空氣將會影響散熱效率，因此螺栓鎖附的力量大小有助於改善接合介面的空氣佔有率。而螺栓鎖附位置也會影響散熱，若螺栓鎖附後導致元件翹曲，其接合介面空氣佔有率提升會造成散熱效率下降。因此本文先行利用有限元素軟體分析螺栓位置及螺栓鎖附力量大小對散熱的影響，但有限元素軟體無法直接模擬壓力對溫度的影響，故先利用有限元素軟體透過改變接合介面之熱傳導係數，來模擬不同之空氣佔有率之下其晶片溫度的變化。隨後利用實驗的方式量得不同螺栓鎖附力量大小所造成的溫度結果

。 前述有關扭力大小之模擬，研究首先係透過ANSYS Workbench有限元素軟體分析，改變接合介面之熱傳導係數，檢視晶片及周圍的溫度變化。初步分析發現熱傳導係數設定從完全代表是空氣之0.026W/mK至較大扭力時的1W/mK，這區間內分別代表扭力之由小到大變化之效果。發現四片晶片隨著扭力的增加溫度劇烈的下降，而在1W/mK之後四片晶片溫度趨緩最後達到水平，代表超過此設定以後之扭力所造成溫度變化已穩定。此外，在原先模型無加入空氣介面層亦即元件間百分百貼合時，將七個螺栓中能變更位置之四個螺栓向中間四片晶片等距離靠近，發現四片晶片溫度分析之結果無差異。 本文對於鎖附不同力矩之散熱的影響

實驗上，前後進行三種模型的實驗，分別為有無電子元件之DC-DC電壓轉換器和鎖附鋁塊及鋼塊，在鎖附無電子元件之DC-DC電壓轉換器下其鎖附力矩為1~3kgf-cm，但其結果顯示溫度差異不明顯。因考慮是否為力矩變化範圍太小緣故，故鎖附鋁塊及鋼塊於10~30N-m下較大之力矩範圍，發現在30N-m時量測點的溫度高於其他力矩，而最後則在針對市面上的DC-DC電壓轉換器實體進行鎖附1~3kgf-cm，發現隨著力矩的增大因有效散熱故其晶片溫度有下降。為了變化電路板螺栓鎖附位置之測試，發現此市面DC-DC電壓轉換器因本身螺栓位置無法任意變動，故本研究使用自行購置之電路板，焊接上一電子元件，並在電路板上鑽十二

個孔位。最後發現隨著鎖附位置愈接近熱源，因散熱之善故其熱源溫度愈低。綜合上述本研究之不同之分析實驗結果，相信對於電壓轉換模組之實際應用裝配，能提供具體而極具參考價值之指引。