汽车灯具散热方式与方法研究

张 志 辉

（奇瑞汽车股份有限公司 安徽 芜湖 ２４１００９）

摘 要：汽车灯具作为汽车最重要的零件之一，经过多年的发展，变得越来越智能化、美观化。如此巨大的变化，都得益于新型光源ＬＥＤ的问世，这种体积小巧，寿命很长的新型光源以其独特的优势正改变着当今的汽车灯具；当然，它也并不完美，热管理是这种光源的致命伤，如何有效设计出高效率的热管理系统，成为这种光源在汽车灯具普及与发展的重要一环。针对汽车灯具热管理系统的散热方式与方法方面进行探讨与研究。

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关键词 ：汽车灯具；ＬＥＤ；热管理；散热

中图分类号：ＴＰ２９ 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６６５－２２７２．２０１5．02．００7

收稿日期：２０１4－１1－18

０ 引言

汽车的“眼睛”，也就是汽车灯具，作为汽车产品的重要零件，它承担着驾驶员夜间能否正常安全行驶的保证，它运行的可靠性会严重影响驾驶员以及其他道路使用者的人身安全。因此，一辆合格的汽车产品必须配备一双合格的“眼睛”。为提高行车安全，越来越多的新技术被应用于汽车灯具，尤其是发光二极管技术（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ，简称ＬＥＤ）的应用。

ＬＥＤ与传统光源相比，它具有寿命长、体积小、能耗低、响应快等优点。目前限制ＬＥＤ应用于汽车前照灯系统的主要因素有：单粒ＬＥＤ的光效和光通量、系统的光效。特别是在汽车前照灯的应用上，限制ＬＥＤ应用的主要原因还是光源的散热问题，过高的温度使ＬＥＤ的光效下降，亮度降低，寿命缩短，最终导致灯具损坏。

１ 散热原理及散热方式

１．１ 散热原理

在热力学中，散热方式有三种：热传导，热对流和热辐射。热传导是指不同温度的物体或物体内不同温度的各部分之间，分子动能和自由电子运动所引起的一种热量传递过程。对流换热是指流体流过物体表面时所发生的一种热量传递过程。热辐射是指物体间以电磁波的形式辐射和吸收热量所形成的一种热量传递过程。三种散热方式常同时发生，共同起作用。

散热的计算最基本的公式：

温差ΔＴ＝热阻Ｒ×功耗Ｑ

传统汽车灯具散热主要是通过灯具后部开设若干通气孔来散热，这种灯具热源的热量较发散，通过开通气孔能够起到散热的目的。而ＬＥＤ光源，不同于传统汽车灯具，它的热量较其中，再通过开通气孔方式进行散热，已不能满足要求，因此，产生了大功率ＬＥＤ汽车灯具必须配备散热器这一概念。

1．２ 散热方式

宏观上，散热方式分为两类：被动散热和主动散热。

1．２．１ 被动散热

被动散热是指散热器在不借助其他辅助散热方式的条件下，通过散热片自身与热源接触，进行热传导带走热源上聚集的热量。被动式散热包含自然对流散热、热管散热等。

（１）自然对流散热。自然对流散热是散热器直接接触空气，散热器散发的热量使其周边空气温度上升，冷空气下降，冷空气带着热空气一起流动，形成对流来带走散热器散发的热量（见图１）。

（２）热管散热。热管是一种采用具有极高传热性的元件，通过在全封闭真空管内液体的蒸发与凝结来传递热量，它利用毛吸作用等流体原理，起到制冷的效果。极高的导热性、良好的等温性、结构紧凑、流体阻损小等优点。使其广泛应用于电脑主机ＣＰＵ芯片的散热系统中（见图２）。

目前，汽车灯具中，特别是汽车前照灯采用的大功率ＬＥＤ光源，瞬间发热量惊人，仅采用被动散热较难满足热源散热要求。因此，被动散热常应用于低功率热源的散热。

1．２．２ 主动散热

主动散热是指通过借助某些辅助手段来提高散热器与热源接触时的热传导、热辐射及热对流能力，从而带走热源上聚集的热量。主动散热主要分为风冷散热、液冷散热等。

（１）风冷散热。风冷散热就是利用风扇的旋转来提高散热器表面的空气流动速度，从面提高对流效率来实现散热目的。它是目前最常见的一种散热方式，能够解决通常的散热需求，技术成熟、价格适中，在市场上普遍使用。风冷散热结构简单，安全可靠。缺点是：不能将温度降至室温以下，风扇转动会产生噪音，长期使用存在密封问题，并且风扇寿命有限（见图３）。

（２）液冷散热。液冷散热就是利用液体来代替空气，通过液体的运动在散热片之间形成对流来带走热量。液冷系统的工作原理很简单，利用压泵把液体从储液罐中抽出，通过液压管连接在热交换器上，再从热交换器的另一端口流出，流入蓄液箱，通过不断循环，把热量从热源的表面带走。整个液冷系统包括热交换器、循环系统、储液箱、液压泵和导热液体（水或导热硅油）等。液冷系统的散热效果非常好，但较占用空间且价格偏贵（见图４）。

总之，实际汽车灯具散热系统设计时，究竟选用哪种方式的散热系统，还要根据实际热源及边界限制等条件来选择，只有合适的散热系统才能达到事半功倍的效果。

2 散热器制造工艺

散热器作为热管理系统中的核心零件，它的结构在一定程度上影响着散热系统的散热效率及效果，特别是散热片结构，无论是被动散热，还是主动散热，都离不开散热片。因此，散热器的制造工艺主要研究的是散热片的制造工艺、材料选用及表面处理方法等。

2．１ 制造工艺

（１）压固法。压固法是将散热金属透过机械压固方式制作成想要的散热片形体。此种作法的工艺简单、成本低廉，但散热效果有限（见图５）。

（２）挤型法。挤型法是将散热金属加热后，再以高压挤入预先设计好的模具，使其发生形变而成型的一种制造工艺。挤型法是目前最常用的散热片制造方法，散热效果优于压固法。注意的是铜金属因其本身的固有特性不易加工，故不能采用挤型法。此法多用在加工性、塑性较好的铝金属散热器上，因此，别名称为“铝挤”（见图６）。

（３）铸造法。铸造法是将散热金属高温加热至熔融状态，再注入到铸造模具中，经过保温、冷却后，形成散热片形体。此法制造成本较高，不宜小批量生产，适宜大批量生产，散热效果较好（见图７）。

（４）插片法。插片法属于两段成形法，它是分开制造散热器的底部与鳍部，再以粘接方式将底部与鳍部连接成形。此法能制造出较高的散热鳍，从而增加了散热表面积，提高了散热效果。不过，插片法必须使用热导性高的粘接剂，否则散热效果会大幅度下降。通常使用导热胶或焊锡作为粘接剂，近年来使用铝充填胶作为粘接剂，降低了制造成本（见图８）。

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