電動汽車用微小通道液冷電力電子集成模塊設計.pdf

1、我國缺油、少氣、多煤，而且汽車尾氣排放量已占城市空氣污染源的64％，從合理利用能源、控制城市污染的角度，發(fā)展電動汽車具有特別重要的意義。以IGBT為代表的電力電子器件是電動汽車的關鍵元器件。受車輛空間限制和使用環(huán)境的約束，車用電機驅動系統對功率器件在散熱性能、功率密度、電磁兼容、抗振動與沖擊、抗灰塵與雨水等方面的要求比普通電氣傳動系統更高，目前世界市場范圍內的IGBT器件尚不能夠完全滿足電動汽車制造廠要求。
　　解決上述問題的有效

2、方法之一是借鑒集成電路的思路，針對電動汽車電機驅動系統的特殊運行環(huán)境開發(fā)電力電子集成模塊(Integrated Power Electronic Module，IPEM)，將功率芯片、驅動電路、保護電路、控制電路等集成封裝在同一個模塊里。尚若獲得這樣的電力電子集成模塊，因其體積小，則對其采取電磁屏蔽等各種抗干擾措施、隔振減振等各種抗振動沖擊措施就容易的多，效果也好得多;同樣，因其體積小，電機控制器和電機之間的距離可以變得很小，甚至可以實

3、現電機驅動系統和電機的一體化，縮短了電力電子裝置和電機之間的連線長度，減小了連線的分布電感，相應減小了電磁噪聲。模塊研發(fā)面臨的主要技術問題包括熱控制問題、模塊內部強電元件與弱電元件之間的電磁兼容問題、模塊對電動汽車振動環(huán)境的適應性問題。
　　基于上述思路，通過查閱資料，分析了電動汽車電機驅動系統、電力電子功率模塊的發(fā)展現狀，明確了電動汽車用功率模塊和普通電氣傳動系統用功率模塊的相同與不同之處，分析了電動汽車用電力電子集成模塊的設計

4、要求，進行了模塊的電路拓撲設計、電路參數設計、結構設計、散熱設計，利用PSpice仿真軟件對電路設計進行了驗證;針對模塊運行中的發(fā)熱與散熱問題，建立了電力電子集成模塊的熱學模型，進行了模塊的散熱性能仿真。針對電動汽車的特殊需求，對模塊功率芯片的動態(tài)溫度響應進行了專門研究。加大冷卻液流量，一方面可以提高冷卻效果，另一方面也加大了冷卻通道出入口壓力差、加大了冷卻泵的負荷，為此對冷卻液流量進行了優(yōu)選;針對模塊的寄生參數與電磁干擾問題，設計了具

5、有低寄生電感參數的鋁線連接結構，并利用Q3D Extractor建立了幾何模型提取電感參數，通過仿真驗證了低寄生參數設計的有效性。
　　該模塊采用微小通道液冷基板、雙面布置器件，比單面布置器件散熱效果更好;在微小通道液冷基板內部設計了具有雙梯形截面的槽道結構，比矩形槽道結構散熱效果更加均勻、更容易沖洗、更不易堵塞;所設計的放射狀并聯鋁線連接結構，相比平行并聯鋁線連接結構而言，具有較低的寄生電感參數，有利于減小因電磁干擾引起的尖峰電