新能源汽車電控系統及散熱技術簡述（下）
引 言
新能源汽車電控系統中主要的發熱設備為逆變器，其作用是把電池的直流電逆變成可驅動電機的交流電。在這個過程中，逆變器中的IBGT將會產生大量熱量。為解決這些設備的散熱問題，本文將介紹逆變器工作原理及先進液冷散熱技術。
一、逆變器工作原理及散熱問題簡介
在新能源汽車的電控系統中，逆變器作為連接高壓電池和電機動力之間相互轉化的裝置，對電動汽車的正常行駛起到很重要的作用，逆變器是把直流電能(電池、蓄電瓶)轉變成定頻定壓或調頻調壓交流電(一般為220V,50Hz正弦波)的轉換器，保證新能源汽車的電能轉換。
圖1 汽車逆變器
圖2 逆變器基本電路構成示意圖
純電動汽車上的逆變器位于電機控制器（MCU內），除了逆變器外，還有控制器一起組合在MCU內，MCU是整個動力系統的控制中心。控制器是接受驅動電機的需求信號，當車輛制動或者加速時，控制器控制變頻器的頻率升降使汽車行駛。
逆變器接受動力電池輸出的直流電能，逆變成三相交流電提供給電機運轉，在電動汽車制動過程中又起到制動回收電能的作用。如下圖所示，逆變器內部是由6個IGBT組成，x型號排列是Sa-Sc。電動機的每一相輸出線（Ia、Ib和Ic）和正負直流線都連接著一個IGBT。
圖3 逆變器內部IGBT組成圖
逆變器工作時，逆變器中的開關元件IGBT模塊會產生大量的熱量，當其溫度超過150℃時，IGBT則無法發揮作用，所以要使用風冷或者水冷的散熱設備。IGBT模塊在電動汽車的安全駕駛中發揮著至關重要的作用，其工作的熱穩定性成為評價電驅系統性能高低的關鍵。作為電動汽車及充電樁等設備的核心技術部件。IGBT模塊占電動汽車成本將近10%，占充電樁成本約20%，并且其工作的熱穩定性成為評價電驅系統性能高低的關鍵。
1、電動控制系統大功率直流/交流(DC/AC)逆變后驅動汽車電機；
2、車載空調控制系統小功率直流/交流(DC/AC)逆變，使用電流較小的IGBT和FRD；
3、充電樁智能充電樁中IGBT模塊被作為開關元件使用；
圖4 IGBT模塊結構簡圖及新能源汽車半導體相關產品應用
二、電控系統先進水冷散熱技術介紹
為解決目前電控系統的散熱需求，現已有多種先進液冷散熱技術。這些技術各有適合的應用場景，具有各自獨特的特點。
模塊單面水冷技術
模塊雙面壓接在水冷散熱器兩側，通過在水冷散熱器兩側涂抹導熱硅脂以及設計絕緣結構或其他形式的絕緣以及散熱連接。冷卻液在流道中流經模塊將熱量帶走。
特點：
結構緊湊；
模塊成本低；
體積非常小；
冷板利用率高。
圖5 逆變器結構爆炸圖
雙層水冷技術
模塊雙面壓接間接水冷散熱器，通過在模塊兩側涂抹導熱硅脂以及設計絕緣結構或其他形式的絕緣以及散熱連接。冷卻液在流道中流經模塊兩側將熱量帶走。
特點：
l 結構設計靈活；
l 成本較低；
l 體積非常小；
l 基板利用率高；
l 功率密度高。
適合用于體積小，功率密度大，成本低的車用散熱需求。
圖6 雙層水冷技術示意圖
ShowerPower技術
以銅底座模塊實現直接水冷以降低系統熱阻的目的。使用帶有擾流效果的散熱結構，從而大大增加了冷卻液和銅底板的接觸面積，增加換熱效率。
特點：
l 擾流效果好；
l 換熱效率高；
l 均溫性好；
l 模塊可靠性高。
適合用于要求可靠性高，換熱密度大，均溫性好的散熱工況。
圖7 ShowerPower示意圖
IGBT針腳水冷基板技術
Pin-fin結構的針腳水冷基板適用于功率較大的水冷設計的IGBT封裝模塊，使用該結構消除功率模塊與針腳水冷基板間的導熱硅脂或其他填充材料。使水冷結構直接與模塊換熱。
特點
l 模塊可靠性高
l 換熱效率高
l 直接與基板接觸，熱阻小
l 可靠性高
適合用于大功率，水冷設計，對熱阻要求高的散熱工況。
圖8 IGBT針腳水冷基板
IGBT水冷模塊一體化散熱模塊技術
水冷模塊一體化冷板將散熱模塊和功率模塊一體化，提高了散熱器和功率模塊的配合程度，集成化程度高。
l 模塊可靠性高；
l 熱阻小；
l 換熱效率高；
l 集成化程度高；
l 方便更換模塊；
l 成本低。
適合用于批量化的模塊化產品。
圖9 IGBT針腳水冷基板
為了滿足我國大力發展新能源汽車的大背景下，新能源汽車的電控系統的散熱需求日益增加，為解決其散熱問題，保證用戶的行駛安全，祥博傳熱研發出了一系列針對新能源汽車電控系統的散熱器,為我國新能源汽車事業的發展進一步的添磚加瓦。
名稱：壓鑄液冷散熱器
材質：鋁，ADC12
工藝：鋁壓鑄及攪拌摩擦焊成型
特性：結構緊湊，具有流阻低、熱阻低、密閉性好、抗沖擊長期可靠性高等特點。
應用領域：新能源汽車
圖10 壓鑄液冷散熱器
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