浅析IGBT模块水冷结构对控制器结构设计的影响

来 源：  车技帮

电机控制器（MCU）是新能源汽车特有的核心功率电子单元，通过接收整车控制器（VCU）的车辆行驶控制指令，控制电动机输出指定的扭矩和转速，驱动车辆行驶。 实现把动力电池的直流电能转换为所需的高压交流电、并驱动电机本体输出机械能。同时，MCU具有电机系统故障诊断保护和存储功能。MCU由外壳及冷却系统、功率电子单元、控制电路、底层软件和控制算法软件组成，具体结构如下图所示。

 

                                 

   

平面封装间接水冷IGBT模块

对于平板封装的引线键合、平面封装的IGBT模块，我们需要设计专门的冷却水道，模块与冷却水道分别处于壳体的内外腔体，依靠铝壳体的传导进行散热。IGBT模块平面与壳体之间需要涂抹导热硅脂，用来降低传导热阻。水道设计既要保证水路通顺，降低水阻，同时也希望水流相互搅拌，呈现一种湍流的状态，使得水路中的水流换热均匀，能尽可能带走更多的热量，提高换热效率。Pin-Fin结构就是湍流换热的典型代表结构。平衡小水阻和高换热效率之间的矛盾是评价水道设计优劣的关键之一。

 

                                 

 

                                 

单面平板封装IGBT模块

 

                                 

 

                                 

 

                                 

这种平板封装的IGBT模块，因价格便宜、性能可靠，目前仍广泛用于新能源商用车的控制器之中。

 

                                 

 

                                 

 

                                 

 

                                 

经试验测试， Pin-Fin直接冷却模块比平面封装间接模块相比，模块总热阻大大降低，如水温约20℃、水流量4~9L/min时，模块的总热阻最高降低33%。另外Pin-Fin直接冷却模块内各芯片的温度分布更为均匀，利于模块的均流特性。

 

                                 

 

                                 

 

                                 

快速的动态响应

• 转速控制精度高及过冲量小；
• 力矩控制精度高和快速响应，  为极限工况的运行可靠性提供保障；
• 旋转变压器的零位自动校正功能，可在车辆行使情况下自动校正零位。

 

                                 

广汽传祺GE3控制器

此款控制器由法雷奥西门子开发制造，具有如下特点：宽工作温度范围、高功率密度、高功能安全等级。这款控制器功率密度为28KW/L，功能安全等级ASIL-D。

 

                                 

该控制器的工作温度-40℃—105℃，该款控制器是通过结构设计，将冷却水道布置在薄膜电容与IGBT之间，冷却液同时给薄膜电容与IGBT进行散热，从而极大的提高整机的散热效率。

 

                                 

 

                                 

 

                                 

 

                                 

 

                                 

 

                                 

 

                                 

 

                                 

 

                                

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