基于熱解石墨的汽車LED前照燈散熱問題研究

基于熱解石墨的汽車LED前照燈散熱問題研究

近些年，人們對汽車前照燈提出了越來越高的要求。相比于傳統(tǒng)白熾燈光源，發(fā)光二極管（LED）具有使用壽命長、體積小、節(jié)能環(huán)保、結實耐用等一系列優(yōu)點，從而引起了眾多研究人員的重視。但是，傳統(tǒng)的鋁制或銅制散熱結構不能滿足汽車LED前照燈的散熱要求，限制了LED的加載功率。因而，目前LED多用在車內照明燈、制動燈和信號燈，本文基于目前在售的汽車前照燈，利用熱解石墨解決LED前照燈的散熱問題。

熱解石墨是一種新型炭素材料，在一定的爐壓下高純HC氣體在1800～2000℃的高溫石墨基體上經化學氣相沉積出較高結晶取向的熱解碳。鋁、銅材料的導熱系數(shù)為120～400W/m·K，而熱解石墨的導熱系數(shù)大于1500W/m·K。熱解石墨質地較軟，需要聯(lián)合金屬材料使用，在保證獲得較高熱傳導率的同時，具有較高的機械強度。試驗采用雪佛蘭西爾維拉多（Silverado）皮卡車的前照燈為設計基礎并模擬其使用環(huán)境。將其上的標準9006汽車鹵素燈泡替換為2個CREE MT-G2高功率LED前照燈。將多個熱電偶分別連接到LED芯片、散熱片底座、散熱片翅片和殼體上。LED前照燈的加載功率從0開始，每次增加3W一直達到規(guī)定的最大功率，同時限制各處溫度不超過100℃。試驗結果顯示，LED前照燈的總體升溫速度為6.4℃/W。由于熱解石墨成本較高，因而只在前照燈散熱的關鍵部件上使用，LED芯片下部和散熱片翅片表面。將LED芯片下部的鋁制散熱片改為熱解石墨，此時LED前照燈的總體升溫速度為4.7℃/W。之后將散熱片翅片兩側表面附著0.4mm的熱解石墨，此時LED前照燈的總體升溫速度為3.5℃/W。

對上述前照燈組件，利用商業(yè)化軟件ANSYS Fluent進行熱模擬。模擬仿真結果與試驗結果類似?？傮w來說，將LED用作汽車前照燈時，若在散熱結構的關鍵部位采用熱解石墨，可將LED前照燈的加載功率提高1倍。

Eelco Galestien et al.2016 15thIEEEIntersociety Conference on Thermal and ThermomechanicalPhenomena in Electronic Systems (ITherm),LasVegasMay 31-June 3,2016.

編譯：張振偉