导热材料,为低空飞行器保驾护航


来源:中国粉体网   山川

[导读]  导热材料是低空经济产业链中关键的一环。

中国粉体网讯  2024年,低空经济成为一个热门词。何为低空经济?低空经济是以有人驾驶或无人驾驶航空器的各类低空飞行活动为牵引,辐射带动相关领域融合发展的综合性经济形态。


“低空”通常指距正下方地平面垂直距离在1000米以内的空域(根据不同地区特点和实际需要可延伸至3000米),目前实际使用空域一般在300米以下,其产业生态包含制造、飞行、保障、综合服务等产业。


图源:Pexels


从低空经济的概念可以看出,各类飞行器是低空经济的主要载体,如直升机、无人机、热气球等,其中,无人机的制造与应用又是低空经济的重要组成部分。


低空经济的发展,特别是无人机、eVTOL等飞行器快速充放电特性,将为热管理领域带来一系列机遇,同时,紧凑的设计和高效运行使得散热将成为低空经济面临的一个挑战。其中,高导热材料的开发与应用无疑会受到进一步的重视。


电池散热


锂电池作为无人机主要储能元件,电池包内的温度环境对电芯的可靠性、寿命及性能都有着很大的影响,因此,需要将电池包内温度维持在一定的范围。而且随着飞行器高速、长续航的发展趋势,电池的能量密度、充放电效率将随之提高,这对电池系统的高效散热提出了更严格的考验。



电池包用胶详解,来源:汉高


由于在加速与起飞降落时,电池具有较高的放电倍率,会产生大量热量,目前广泛应用的导热材料,如导热凝胶、导热硅脂、导热粘接胶、导热垫片等对于无人机应用来说,对导热性能、应用工艺、可靠性、轻量化、成本等有着独特的需求,这些需求有别于一般电子产品应用。热管相变材料等散热技术方案逐步发展成熟,未来将在此领域得到重点实践应用。


芯片/器件散热


无人机等飞行器的飞行原理是通过电调(电子调速器)控制电机转动状态来控制每个旋翼的转速,从而提供飞行动力。其核心部件电调在运行过程中会产生大量的热量,如果不及时散热,就可能导致设备过热,从而影响性能甚至损坏设备。因此,为电调提供合适的散热解决方案是飞行器稳定运行的重中之重。


电调主板芯片热量传输路径:主板各类芯片——导热界面材料——屏蔽罩——导热界面材料——外壳。


此外,无人机等各类飞行器具有一定的智能化功能,实现这些先进功能也必使得芯片和器件本身的发热量进一步增加,这也是急需解决的技术点,特别是eVTOL(电动垂直起降飞行器)的感知和定位系统。



eVTOL感知与定位配套系统。来源:华泰研究


目前,芯片散热核心主要以热界面材料、热管和均热板(VC)等构成的风冷散热模组为主。芯片是最主要的发热源,芯片散热原理即为将芯片热量通过导热界面材料、热管、均热板等的热传导,沿着各导热路径到达散热鳍片位置。一般散热鳍片是纯铜制造,多褶结构,与空气接触面积大,通过启动风扇进行主动散热。就散热器形态而言,早期为下压式散热器,更新的塔式散热器能够通过侧吹的方式提高散热效率。


遥控系统


遥控器是无人机收发控制指令的重要设备,用于遥控控制飞行器。随着无人机的发展进步,配套的无人机遥控器也在进行相应的改进。与机身散热相比,无人机遥控散热关注相对比较少。但是遥控器上也有控制主板、操控模组等发热量比较大的器件,而且还带有图传功能,所以同样需要散热。



图源:Pexels


无人机遥控器铝制散热片与主板之间通常使用导热硅脂传导热量,热量达到散热片之后再利用空气对流散热。操控模组上可以使用导热硅胶片填充至壳体组件之间的空隙,实现散热、缓冲功能。使用导热硅胶片安装方便,但是热阻比较大,散热效果没有那么好。在要求比较高的情况下可以使用导热凝胶,既可以用于大公差环境,也能够达到很好的散热效果。


其它


云台是通过传感器感知机身的动作,通过电机驱动让相机保持原来的位置,抵消机身晃动或震动的影响。而且现在还会在云台里配置主摄传感器,这样功耗更大。为了满足云台的散热,可以采用导热硅胶片等热界面材料。


摄像头是飞行器的眼睛,然而摄像头在运行时产生的热量多,如果散热不及时,导致温度升高,电子设备电阻升高,就会损坏电子元件,从而影响图像传送的稳定性。


参考来源:

[1]低空经济扶摇直上,热管理板块受益.洞见热管理

[2]无人机遥控器散热,导热界面材料发挥着重要作用. 兆科导热材料

[3]绝缘导热凝胶---助力无人机导热散热.Cavan Cai


(中国粉体网编辑整理/山川)

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作者:山川

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