基于ANSYS逆变器冷却结构热仿真与设计优化.pdfVIP

第十七届中国电动车辆学术年会 CEVS．17 基于ANSYS的逆变器冷却结构热仿真与设计优化 刘庆龙1，丁炬明1，贡俊1，应红亮1，黄苏融2 (1，上海电驱动股份有限公司，上海200240) (2，上海大学，上海200072) 摘要：电动汽车用电枳．控制器的散热能力直接影响着电机控制器的功率密度高低，而冷却系统的设计受 结构空间布置、重量及加工工艺的影响。采用有限元仿真与试验相结合的方法，不但可以提高设计进度， 节省设计成本，同时对分析IGBT内部芯片散热性能并评估电机控制器的热负荷具有参考意义。本文利用计 算流体动力学软件CFD对IGBT的冷却水道进行有限元热仿真分析，并通过样机试验对比分析优化方案，验 证了仿真方法的准确性。 关键词：电动汽车；电机控制器；IGBT；有限元 1引言 戎扳 电动汽车用永磁同步电机控制器由IGBT模 块、电流传感器、铜排、电容、驱动控制板等器 件组成，整体安装在金属外壳内，主要发热部件 为IGBT模块。受限于整车紧凑的空间布置，要 图1 IGBT模块横截面 求电机及控制器重量轻、体积小，因此控制器的 CrosssectionoflGBTmodule Fig．1 散热设计尤为重要，IGBT模块的技术应用研发 3冷却理论 主要集中在改良冷却技术。 IGBT模块的冷却方式常用的有冷却板、压 三维有限元温度场计算是车用电机控制系统 铸铝热沉、散热肋板、液体和风扇冷却。如果热 重要的热管理方法之一，能快速地评估电机控制 源一定，即发热量不变的情况下，有两种方法可 系统在宽功率范围下各种运行工况的发热情况。 以提高散热效率，一种是通过增加液体流速或者 为了得到准确的计算结果，需要计算出准确的损 降低流体初始温度以提升对流系数，另外一种是 耗、明确真实的散热条件等。 增加横截面积来提高散热速率，这种途径是可以 对内部流动来说，将平均温度乙作为参考温 通过改善散热片来实现。 度，与和外部流动中的自由流温度疋相对应。 由牛顿冷却定律Ⅲ可表示为： 2几何模型 贰=五(I—L) 利用直接铜熔焊(DBC)技术，在装配工艺中 式中，g：是均匀热流密度；Z是管子的表面 节省了很大成本，常用的安装方式如图l所示。 温度；L则是流体在管子横截面上的平均温度；h 在图1中模块与水道冷却铝板中间有一层润 是局部对流换热系数。 滑脂。因此，IGBT散热的传递途径如下： 以圆管内流体流动为例，分析q：、z、C，三 硅片—◆焊层—◆IGBlL◆热沉—◆硅脂—◆ 者之间的关系。 铝板—◆冷却液 求解t．与表面的热状态有关，两种特殊情况 如图2所示，即等表面热流密度和等表面温度。 作者简介： 刘庆龙(1983．)，男，湖南籍，本科，研究方向为热管理论分析。 丁炬明(1983．)，男，江西籍，硕士，研究方向为电机设计。 贡俊(1968．)，男，江苏籍，研究员级高工，研究方向电动汽车电机及其控制系统。 应红亮(1981．)，男，浙江籍，硕士，研究方向为电机设计。 黄苏融(1953．)，男，浙江籍，教授，研究方向为