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破解5G基站散热难题|诺基亚液冷5G基站减少能(néng)耗30%,大功率液冷散热技术发展揭秘!
发布时间:2021-04-28 16:21:04发布者: Tycooler 浏览量:775

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(shāng)Elisa将其基站的潜在能(néng)源费用(yòng)减少了30%,并将二氧化碳排放量减少了约80%。这是商(shāng)用(yòng)5G液冷基站解决方案在全球首次部署,彰显了诺基亚对可(kě)持续发展和应对气候变化的坚定承诺。


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NOKIA 液冷5G基站新(xīn)闻稿截图



在减少能(néng)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,體(tǐ)积最大减小(xiǎo)50%,重量减轻30%。液冷技术為(wèi)基站站点运营商(shāng)节省了大量运行成本,并尽可(kě)能(néng)延長(cháng)基站组件的使用(yòng)寿命。


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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。随着无線(xiàn)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(xiǎo)4000倍,与液冷系统相比,传统的空气冷却系统能(néng)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(yòng)于高功率電(diàn)力電(diàn)子设备,利用(yòng)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(yòng)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(yǒu)直接接触電(diàn)子器件,后面两种液冷技术采用(yòng)介電(diàn)液體(tǐ),直接接触電(diàn)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(yòng)是水冷板,这是种较為(wèi)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體(tǐ)化制程是目前我们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(fēn)支型冷却流道的径流,最终能(néng)在尽量减少压降的情况下均匀地带走大部分(fēn)热量,而不必要安装大型泵增加冷却液流量,造成能(néng)源浪费。

 

下图為(wèi)丰田公司采用(yòng)COMSOL Multiphysics ? 软件进行仿真拓扑设计的液冷板原型。


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左图為(wèi)带有(yǒu)分(fēn)层式微流道拓扑的铝制散热板原型;右图為(wèi)不带拓扑结构的铝制散热板原型。


现在,我们亦可(kě)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。


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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(yòng)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(kě)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,详见我们的另外一篇报道:Coreflow:TWI新(xīn)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(yòng)液态介质的蒸发潜热(潜热比单相显热要大得多(duō)),快速带走热量的一种高效冷却技术。

 

两相液冷产品我们最熟知的是均温板(Vapor Chamber),均温板可(kě)以与冷排结合,做成内循环系统,液體(tǐ)回流不需要泵压驱动,在蒸气压或重力或毛细力作用(yòng)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,我们也可(kě)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(néng)带来2倍的冷却效率。


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ACT公司的泵送两相冷却系统示意图


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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,電(diàn)路板電(diàn)子部件直接浸泡在介電(diàn)冷却液内,是目前最為(wèi)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(xiǎo)體(tǐ)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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