电动汽车逆变器用散热器的优化设计

　　为满足市场需要，踏上奥运的步伐，解决目前能源紧缺，环境遭受严重污染的问题，配套开发了一种电动汽车用的逆变器。逆变器与现代电力电子装置密不可分。现代电力电子装置向小型化、轻量化方向发展，要求电力电子装置具有高功率密度、高可靠性、高效率。

　　电力电子元器件主要有ICBT、IGCT、GTQMDSFET，这里主要用到的是IGBT器件。于IGBT的发热量集中度高，要保证IGBT正常工作及有效地延长其使用寿命，将IGBT内的热量带走就是一个非常关键的问题。将IGBT的热量带走的主要方式是通过散热器散热。因而散热器的合理设计就显得至关重要。下面主要研究的是翅片式散热器，它比水冷散热器、热管散热器制造更简单，价格更低廉，因而应用更广泛。

　　1逆变器模块2006年4月我们开发了一款电动汽车用逆变器。一共用了4个IGBT（），右边是3个型号为FF1200R17KE3-B2的IGBT，主要功能是逆变（该模块以下简称为逆变模块）；左边是1个型号为FF300R17KE3的IGBT，主要功能是斩波或制动（该模块以下简称为斩波模块L该逆变器的散热方式为强迫风冷，风机安装在散热器的底部，进风方式为抽风。3个逆变模块为主要工作模块。

　　通过查找IGBT的参数，并经过计算得出：在峰值功率下各逆变模块的发热量为1016W，于斩波模块的工况比较复杂，估算其发热量为200W，则总功耗为3248W；在额定功率下各逆变模块的发热量为574W，斩波模块的发热量为100W，则总功耗为1822W. 2散热器热传递的分析IGBT产生的热量通过热传导的方式管壳传到散热器，然后通过强迫风冷的方式传到外界环境中去（散热器安装在逆变器的外部X为减少管壳与散热器之间的热阻，首先要求散热器的安装表面粗糙度达1.6以上，其次在管壳的底部均匀涂满导热硅胶或者加垫一层导热系数大而硬度低的纯铜箔或银箔，并用一定的预紧力压紧。

　　根据基板的测试点允许温度85C（测试点见中的TC1与TC2位置处）和技术条件中规定的高允许环境温度55C的要求，计算散热器界面热阻cf）与散热器周围环境的热阻/h（fa）之和为ca），它应满足以下要求：3散热器的仿真分析+L45KdK，由此可见，选用间距太竞，对模块的散热没有多少作用，因此选用间距为10nrnj20nrnj20nn比较合理。考虑到该逆变器结构布置，选用模块间的间距为20nn30nn、30nnt比较合适。

　　3.6对抽风与鼓风的情况进行比较选择翅片间距为4nni，翅片高度为80翅片厚度分别为1nn、2nn成3nrn，将鼓风方式改变为抽风方式，仿真结果见表5.表5翅片厚度与温升的关系（环境温度t睹翅片厚度高温度测点TC1的温度/C测点TC2的温度/C抽风时温升/K将表5与表1中对应的翅片厚度项进行比较，可知，风机为鼓风时，翅片越厚，散热效果越好，但为抽风时，翅片达3nn时，风阻明显增大，导致温升比翅片厚度为因此抽风效果劣于鼓风方式。但由于车上受空间限制，该逆变器采用的是抽风方式。

　　为额定工况下，翅片间距为4nni，翅片高度为80nrn，翅片厚度为2nrn，基板厚度为20nrn，各模块间间距分别为20nn、3030nrn，采用抽风方式的仿真分析结果。为峰值工况下，其余条件与相同的仿真分析结果。

　　温度//t在峰值工况下的仿真分析（抽风）3.7风机的选择⑴：仿真分析的结果与风机的选型有关。选择风机时，需要考虑的因素很多，诸如空气的流量、风压、风机的效率、空气流动速度、通风系统的阻力特征、环境条件、噪声、体积和重量等等，其中主要参数为风量和风压。

　　风压为201Pa.我们选型的风机（P22072HBL）的实际工作点的风压能满足要求，风量是通过并联的3台风机来满足要求的。由于翅片间的间距为4翅片高度达80nm，所以要求的风压很高。

　　由于选型风机的风压与风量都留有裕量，故都能满足表2中翅片间距为3nm与表3中翅片高度为90nm的要求。

　　4试验情况与结果该逆变器的试验室情况如下：在额定工况下对散热器翅片厚度为1nn与2nrn的逆变器，作了对比考孩，结果是翅片厚度2nm的散热效果比1nm的好，约低了4C~5*C.与分析结果（鼓风时为i37C，抽风时为370C艘近。所以后散热器翅片厚度采用2nn是芫全合理的。

　　52C）；环境温度为255C时，翅片厚度为2由此可知，分析结果与试验情况比较接近，说明分析能起到指导设计的作用。

　　5结语该逆变器于2006年7月装于北京公交公司的104路无轨电车上试运行，2006年底开始批量生产。此后装有该逆变器的无轨电车在203路和208路线上运行。到目前为止（经历了盛夏的考验），该逆变器运行可靠，未发生过因散热器的温升过高而导致主要器件（如IGBT电力电容）受损的严重故障。目前以该种逆变器为原型，衍生出许多系列的逆变器，主要用于北理工奥运纯电动车、广州电车以及多种混合动力汽车。