基于响应面的车用功率模块Pin-Fin优化设计

摘要

集成Pin-Fin散热器可以降低功率模块的结-流热阻,提升车用电机控制器的功率密度和可靠性,是车用功率模块先进热管理技术的发展趋势。然而,Pin-Fin散热器的设计面临电-热-流多物理场耦合的挑战,难于解析表征与定量优化,设计的周期长、成本高。基于响应面优化方法,该文提出一种集成Pin-Fin散热器的模型化设计方法,建立集成Pin-Fin形貌结构与阵列排布的数学描述,给出Pin-Fin散热器热-流性能的理论模型,建立Pin-Fin的多目标优化模型,获得Pin-Fin散热器结构的最优设计。为了验证理论模型和优化设计的可行性和有效性,搭建面对面变流器对拖实验平台,对标商业化车用功率模块的Pin-Fin设计,采用大量固定工况,以及实际车用工况实验结果,对比验证优化后的Pin-Fin能降低车用功率模块7.62%的结-流热阻,减小65%的功率模块损伤,提升车用电机控制器寿命1.8倍,为车用功率模块低热阻集成Pin-Fin散热器提供新的研究思路。