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破解5G基站散热难题|诺基亚液冷5G基站减少能耗30%,大功率液冷散热技术发展揭秘!
发布时间:2020-06-05发布者: TONGYU 浏览量:阅读:加载中...
6月3日,诺基亚在芬兰埃斯波宣布,其5G AirScale液冷基站解决方案已帮助芬兰移动运营商Elisa将其基站的潜在能源费用减少了30%,并将二氧化碳排放量减少了约80%。这是商用5G液冷基站解决方案在全球首次部署,彰显了诺基亚对可持续发展和应对气候变化的坚定承诺。
NOKIA 液冷5G基站沙巴体育资讯稿截图

在减少能源与排放的同时,诺基亚表示,液冷基站运行安静,无需维护。此外,与标准的主动式空调设备相比,体积最大减小50%,重量减轻30%。液冷技术为基站站点运营商节省了大量运行成本,并尽可能延长基站组件的使用寿命。
NOKIA 5G AirScale液冷基站

据悉,诺基亚是在2018年12月10日于官网公布其成功部署全球首个5G液冷基站系统的信息。在2017年的MWC上,诺基亚就曾展示过贝尔实验室的液冷基站技术。随着无线技术从2G到5G不断演进,基站功耗是4G时代的2-3倍,传统风冷系统由于空气的热容量大约比水小4000倍,与液冷系统相比,传统的空气冷却系统能效太低。因而,5G基站需要更先进的液冷系统。


液冷散热
 
液冷散热是一种适用于高功率电力电子设备,利用液态冷却介质的大比热容量特性,快速带走设备热量的冷却技术。
 
目前应用及开发重点包括单相液冷,两相液冷,浸没式液冷,喷淋液冷等。前面两种液冷技术,冷却工质没有直接接触电子器件,后面两种液冷技术采用介电液体,直接接触电子器件,冷却效果最佳。
 
单相液冷的冷却液靠泵驱动,在槽道中流动带走热量,最常见的应用是水冷板,这是种较为成熟的技术。水冷板的成本主要集中在材料、流道成型及焊接。
 
水冷板流道的拓扑设计以及简易流道切槽封焊一体化制程是目前沙巴体育了解到的两个前沿方向。
 
流道拓扑设计,根据丰田公司研究人员的解释,其目的是在散热板中结合射流冲击和基于优化后分支型冷却流道的径流,最终能在尽量减少压降的情况下均匀地带走大部分热量,而不必要安装大型泵增加冷却液流量,造成能源浪费。
 
下图为丰田公司采用COMSOL Multiphysics ? 软件进行仿真拓扑设计的液冷板原型。
左图为带有分层式微流道拓扑的铝制散热板原型;右图为不带拓扑结构的铝制散热板原型。

现在,沙巴体育亦可以借助AI计算技术,开发出冷却效率提升20%的拓扑设计流道液冷板。
Diabatix 公司借助AI驱动对液冷散热器的流道进行拓扑设计。该设计针对均匀的表面温度进行了优化。设计方法会自动考虑流量限制(流速,压降),所用材料的热特性和制造限制(如CNC铣削)。与传统设计相比,同样流量条件下,可实现高达20%的效率提升。

水冷板简易流道的一次性切槽封焊,详见沙巴体育的另外一篇报道:Coreflow:TWI新型机加工技术,或引发水冷板产业革命
 
下面,再简单介绍下两相液冷。两相液冷是利用液态介质的蒸发潜热(潜热比单相显热要大得多),快速带走热量的一种高效冷却技术。
 
两相液冷沙巴体育】沙巴体育最熟知的是均温板(Vapor Chamber),均温板可以与冷排结合,做成内循环系统,液体回流不需要泵压驱动,在蒸气压或重力或毛细力作用下,实现回流内循环(与安装的位置紧密相关)。
 
除了内循环两相液冷,沙巴体育也可以添加一个功率并不大的磁力泵,实现泵送两相冷却系统。相比单相液冷,泵送两相冷却技术能带来2倍的冷却效率。
ACT公司的泵送两相冷却系统示意图

泵送两相冷却系统的冷却介质在热源位置蒸发,蒸发潜热快速带走热量(图源:ACT)
 
以上简单介绍了非接触式液冷冷却技术,不管是单相液冷,还是两相液冷,都需要冷板与管路等组成冷却液循环系统。接触式液冷,即浸没式液冷,电路板电子部件直接浸泡在介电冷却液内,是目前最为高效的冷却技术。
 
随着5G高速基础网络建设的加速,5G基站,云计算、边缘计算等数据中心的冷却需求趋势看涨,而高效快速冷却,减小体积重量,方便部署,降低运维成本的散热方案是业界关注的焦点。


 
信息来源:诺基亚/丰田/ACT等,仅供行业交流!
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