Die Herausforderungen bei der Kühlung von 5G-Basisstationen
Bis 2025 wird die Kommunikationsindustrie 20 % des weltweiten Stroms verbrauchen, und in Mobilfunknetzen sind Basisstationen große Stromverbraucher, und etwa 80 % des Energieverbrauchs stammen von weit verteilten Basisstationen. Mehr verschlüsselte Basisstationen bedeuten einen höheren Energieverbrauch, was eine große Kostenherausforderung für 5G-Netze darstellt.
Der Stromverbrauch bedeutet von der Energiestruktur her höhere Kosten und einen höheren indirekten Druck auf die Umweltbelastung.
Aus Sicht des thermischen Designs erzeugt die Basisstation mehr Wärme und die Schwierigkeit der Temperaturregelung steigt stark an.
Ingenieure, die in der Kommunikationsindustrie gearbeitet haben, wissen, dass Kommunikationsbasisstationen normalerweise auf Eisenrahmen auf dem Dach von Gebäuden und auf hohen Plätzen im Feld installiert werden. Die Größe und das Gewicht sind für den Installationskomfort des Geräts sehr wichtig."Zufällig" ist, dass Stromverbrauch, Volumen und Gewicht die zentralen Design-Randbedingungen im thermischen Design sind.
Nach den bisherigen Konstruktionsgewohnheiten ist die Basisstation ein typisches geschlossenes Gerät zur natürlichen Wärmeableitung (Außenanwendungen erfordern strenge Wasser- und Staubdichtigkeit). Nachdem die Wärme von den Bauteilen abgegeben wird, gibt es nur noch zwei Stellen:
1. Von internen Geräten absorbiert – Wärme wird in interne Energie umgewandelt, wodurch die Temperatur des Geräts ansteigt;
2. Aufgrund der Temperaturdifferenz wird Wärme vom Hochtemperaturobjekt auf das Niedertemperaturobjekt übertragen - wenn sich die Temperatur stabilisiert, ist die Wärmeübertragungsrate=die Wärmeerzeugungsrate
Um das Volumen und das Gewicht von Produkten zu reduzieren, hat sich die Nachfrage nach einem thermischen Design solcher Produkte entwickelt, um die Wärmeübertragungseffizienz zu maximieren und den Wärmeübertragungswiderstand in demselben Raum zu reduzieren. Der Wärmedurchgangswiderstand wird dabei in inneren Wärmewiderstand und äußeren Wärmewiderstand unterteilt.
Die Reduzierung des inneren Wärmewiderstands erfordert ein vernünftiges Chip-Layout, damit die Wärmequelle selbst näher an der Wärmeableitungsschale liegt. Dies ist die gemeinsame Arbeit von Hardware-Ingenieuren und Thermodesign-Ingenieuren.
Aus Materialsicht muss zwischen Chip und Gehäuse ein Wärmeleitmaterial aufgebracht werden. 5G-Basisstationen können eine große Verbesserung des thermischen Schnittstellenmaterials bewirken, die sich in folgenden Aspekten manifestiert:
1. Der geringstmögliche Wärmewiderstand – eine höhere Wärmeleitfähigkeit und eine bessere Benetzbarkeit der Grenzfläche sind erforderlich;
2. Zuverlässigkeits-Basisstationen werden in komplexen Außenumgebungen auf der ganzen Welt mit einem Temperaturbereich von -40 ° C bis 55 ° C verwendet, der nach einem Ausfall schwer zu warten ist - ausgezeichnete thermische Stabilität, Durchhang- und Rissschutz
3. Benutzerfreundlichkeit 5G-Basisstationen verwenden eine große Menge an Wärmeableitung, und es gibt Anforderungen an die Automatisierung der Materialmontage und an den beim Montageprozess erzeugten Stress.
Die Effizienz der natürlichen Wärmeableitung ist begrenzt. Mit dem Ansatz der Power Wall werden auch Luftkühlung und Flüssigkeitskühlung von Basisstationen untersucht. Wenn die Temperatur gut kontrolliert wird, beeinträchtigt dies nicht nur die Zuverlässigkeit des Produkts, sondern verringert auch den Stromverbrauch des Geräts.
Der durch den Leckstrom verursachte statische Leistungsverbrauch wird mit steigender Temperatur schnell ansteigen, und mit der Entwicklung des Chipherstellungsprozesses wird die Größe des Transistors immer kleiner und der Leckstrom wird größer und größer.
Dies bedeutet, dass der Einfluss der Temperatur auf den Stromverbrauch des Chips immer bedeutender wird. Wenn die Temperatur nicht richtig geregelt wird, erhöht sich die Leistungsaufnahme des Produkts, was sich weiter aufheizt und dazu führt, dass sich der Wärmezyklus des Produkts verschlechtert.
In den letzten Jahren machten die Stromkosten etwa 20 % der Betreiber aus' Kosten für die Netzwerkwartung. Es besteht kein Zweifel, dass Stromprobleme zu einem enormen Druck auf die Betreiber werden, in 5G-Netze zu investieren.
Regierung, Betreiber, Gerätehersteller und Stromnetzunternehmen müssen zusammenarbeiten, um den Stromverbrauch und die Stromkosten von 5G-Basisstationen zu senken.
