基于Icepak的多种间隙下IGBT散热器仿真与研究

doi:10.3969/j.issn.1674-0696.2020.02.20

重庆交通大学学报（自然科学版） ›› 2020, Vol. 39 ›› Issue (02): 132-137.DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2020.02.20

基于Icepak的多种间隙下IGBT散热器仿真与研究

应保胜1，刘冬冬2，吴华伟3，苏业东1

(1. 武汉科技大学汽车与交通工程学院,湖北武汉430081; 2. 湖北文理学院汽车与交通工程学院,湖北襄阳441053; 3. 纯电动汽车动力系统设计与测试湖北省重点实验室,湖北襄阳 441053)

收稿日期:2018-11-25 修回日期:2019-02-16 出版日期:2020-02-20 发布日期:2020-02-20
作者简介:应保胜（1964—），男，湖北枣阳人，教授，博士，主要从事制造业信息化和工业工程与管理系统方面的研究。E-mail：635125316@qq.com。通信作者：刘冬冬（1991-），男，河南商丘人，硕士研究生，主要从事电机控制器散热器散热研究。E-mail：846819343@qq.com。
基金资助:
湖北省技术创新专项重大基金项目（2017AAA133）；湖北省优势特色学科群开放基金项目（XKQ2018002）

Simulation and Research of IGBT Radiator under Multiple Gaps Based on Icepak

YING Baosheng1, LIU Dongdong2, WU Huawei3, SU Yedong1

(1. School of Automobile and Traffic Engineering, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430081, Hubei, China; 2. School of Automobile and Traffic engineering, Hubei University of Arts and Science, Xiangyang 441053, Hubei, China; 3. Hubei Key Laboratory of Power System Design and Test for Electrical Vehicle, Xiangyang 441053, Hubei, China)

Received:2018-11-25 Revised:2019-02-16 Online:2020-02-20 Published:2020-02-20
Supported by:

摘要/Abstract

摘要： 针对叉排针柱水冷散热器散热的局限性，提出一种叉排针柱多种间隙布置的水冷散热器，通过增大水道中冷却水的湍流度来提高散热器的散热性能。基于ANSYS Icepak仿真软件，对两种散热器进行数值模拟的热仿真，得出其温度场和流场的分布情况，结果表明：在相同流速条件下，叉排针柱多种间隙布置的水冷散热器散热性能较好，并通过使用热敏电阻对其3个点进行实验验证，实验数据与仿真数据偏差低于5.5%，具有较高的一致性，进一步验证该散热器具有较好的散热性能。

关键词: 车辆工程, 电机控制器, IGBT, 叉排针柱, 热仿真

Abstract: In view of the limitation of the heat dissipation of the water-cooled radiator with fork row needle column, a kind of fork row needle column water-cooled radiator with various clearances arrangement was proposed, which improved the heat dissipation performance of the radiator by increasing the turbulence of the cooling water in the water channel. Based on ANSYS Icepak simulation software, the thermal simulation of two kinds of radiators was carried out, and the distribution of temperature field and flow field was obtained. The results show that at the same flow rate, the heat dissipation performance of the fork row needle column water-cooled radiator with different clearance arrangement is better. The thermistor is used to verify its three points, the deviation between the experimental data and the simulation data of the proposed radiator is less than 5.5%, which has a high consistency. It is further verified that the radiator has a good heat dissipation performance.

Key words: vehicle engineering, motor controller, IGBT, fork row needle column, thermal simulation

中图分类号:

应保胜1，刘冬冬2，吴华伟3，苏业东1. 基于Icepak的多种间隙下IGBT散热器仿真与研究[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版）, 2020, 39(02): 132-137.

YING Baosheng1, LIU Dongdong2, WU Huawei3, SU Yedong4. Simulation and Research of IGBT Radiator under Multiple Gaps Based on Icepak[J]. Journal of Chongqing Jiaotong University(Natural Science), 2020, 39(02): 132-137.

参考文献

［1］ HABIB S, KHAN M M, ABBAS F, et al. A comprehensive study of implemented international standards, technical challenges, impacts and prospects for electric
vehicles ［J］.IEEE Access, 2018:1-1.
［2］ MEHDI S, JAVAD S, FARHAD S G. Decentralized trading of plug-in electric vehicle aggregation agents for optimal energy management of smart renewable
penetrated microgrids with the aim of co2 emission reduction ［J］ Journal of Cleaner Production, 2018, 7,315.
［3］ BATARD C, GINOT N, ANTONIOS J. Lumped dynamic electrothermal model of igbt module of inverters ［J］. IEEE Transactions on Components Packaging &
Manufacturing Technology, 2015, 5(3):355-364.
［4］汪波,罗毅飞,张烁,等. IGBT极限功耗与热失效机理分析［J］.电工技术学报,2016,31(12):135- 141.
WANG Bo, LUO Yifei, ZHANG Shuo, et al. Analysis of limiting power dissipation and thermal failure mechanism ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society,
2016, 31(12):135-141.
［5］任其亮,吴丽霞,靳旭刚,等. 电动汽车充电站分层递进式选址方法研究［J］.重庆交通大学学报(自然科学版),2018,37(6):121-126.
REN Qiliang, WU Lixia, JIN Xugang, et al. Research on site selection of electric vehicle charging stations using analytical hierarchy process［J］. Journal of
Chongqing Jiaotong University (Natural Science), 2018, 37(6):121-126.
［6］柏佩良,刘用渗,张凯. 机动车限行提高城市公交路段车辆行驶速度的仿真研究［J］.武汉科技大学学报(自然科学版),2017,40(6):464- 471.
BAI Peiliang, LIU Yongshen, ZHANG Kai. Simulation study on traffic restriction improving the vehicle speed on urban roadways with buses ［J］. Journal of Wuhan
University of Science and Technology (Natural Science Edition), 2017, 40(6):464-471.
［7］申传有,黄恺,李兴全,等. 基于ICEPAK的电机控制器散热器的热分析［J］.辽宁工业大学学报(自然科学版), 2014,34(2):99- 102.
SGEN Chuanyou, HUAGN Kai, LI Xingquan, et al. Motor controller radiator thermal analysis based on ICEPAK［J］. Journal of Liaoning Institute of Technology (Natural
Science Edition),2014,34(2):99-102.
［8］陈明,胡安,唐勇,等. 绝缘栅双极型晶体管传热模型建模分析［J］.高电压技术,2011,37(2):453-459.
CHEN Ming, HU An, TANG Yong, et al. Modeling analysis of IGBT thermal model ［J］. High Voltage Engineering, 2011, 37(2):453-459.
［9］刘衍平,高新霞. 大功率电子器件散热系统的数值模拟［J］.电子器件, 2007, 30(2):266- 269.
LIU Yanping, GAO Xinxia. Numerical simulation on the heat sink for high-power semiconductor ［J］. Chinese Journal of Electron Devices, 2007, 30(2):266-269.
［10］胡欲立,杨树森. 电机控制器的热效应模拟研究［J］.机械与电子, 2015(4):15-18.
HU Yuli, YANG Shusen. Thermal analysis simulation studies of motor controller ［J］. Machinery & Electronics, 2015(4):15-18.
［11］ JANICKI M, NAPIERALSKI A. Modelling electronic circuit radiation cooling using analytical thermal model ［J］. Microelectronics Journal, 2000, 31(9):781-
785.
［12］孙微,刘钧,苏伟,等. 直接冷却IGBT功率模块散热性能研究［J］.电工电能新技术,2014,33(4):21- 25+60.
SUN Wei, LIU Jun, SU Wei, et al. Heat dissipating performance research of direct-cooling IGBT module ［J］. Advanced Technology of Electrical Engineering and
Energy, 2014, 33(4):21-25+60.
［13］杨湘木.电机控制器冷却系统设计及优化［D］. 哈尔滨：哈尔滨理工大学,2013.
YANG Xiangmu. Design and Optimization of the Heatsink for Motor Controller ［D］. Harbin： Harbin University of Science and Technology, 2013.
［14］江超,唐志国,李荟卿,等.电机控制器IGBT用风冷散热器设计［J］.汽车工程学报, 2015, 5(3):179- 186.
JIANG Chao, TANG Zhiguo, LI Huiqing, et al. Design of air cooled heat sink for igbt in motor controller ［J］. Chinese Journal of Automotive Engineering, 2015, 5
(3):179-186.
［15］沈丽萍,江健,方亚坤,等.基于风冷的IGBT散热方案设计及优化［J］.低温与超导,2018,46(8):95- 98.
SHEN Liping, JIANG Jian, FAGN Yakun, et al. Design and optimization of IGBT heat dissipation scheme based on air cooling ［J］. Cryogenics & Superconductivity,
2018, 46(8):95-98.
［16］高新霞. 大功率电子元器件及设备结构的热设计研究［D］. 北京：华北电力大学,2006.
GAO Xinxia. Investigation on Thermal Design of High Power Electronic Components and Equipment Structure ［D］. Beijing:North China Electric Power University, 2006.
［17］谢旭良,陶文铨,何雅玲. 水冷散热器传热与阻力特性的数值模拟［C］//中国工程热物理学会第十一届年会论文集，2005:1175-1178.
XIE Xuliang, TAO Wenshuan, HE Yaling. Numerical simulation of heat transfer and resistance characteristics of water-cooled radiator［C］//Proceedings of the 11th
Annual Meeting of China Society of Engineering Thermophysics, 2005:1175-1178.
［18］丁杰,张平. 电机控制器用IGBT水冷散热器温升实验与热仿真［J］.大功率变流技术,2015(3):23-28+57.
DING Jie, ZHANG Ping. Temperature-rise test and thermal simulation for igbt water-cooled radiator of motor controller ［J］. High Power Converter Technology, 2015
(3):23-28+57.
［19］丁杰,何多昌,唐玉兔. 翅柱式水冷散热器的性能研究［J］.大功率变流技术,2013(2):32-36.
DING Jie, HE Duochang, TANG Yutu. Performance analysis of water-cooling radiator with pin-fins ［J］. High Power Converter Technology, 2013(2):32-36.
［20］ TULLIUS J F, TULLIUS T K, BAYAZITOGLU Y. Optimization of short micro pin fins in minichannels ［J］. International Journal of Heat & Mass Transfer, 2012,
55(15/16):3921-3932.

[1]	辛亮1,2，杜子学1，杨震2，许舟洲2. 单轴转向架跨座式单轨车辆的主动控制研究[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版）, 2021, 40(07): 123-127.
[2]	张东东，宗子淳，冯金芝. 基于NSGA-Ⅱ算法的两挡AMT换挡规律多目标优化[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版）, 2021, 40(07): 128-135.
[3]	李胜永1，张智华1，王胜男2，王孟2. 面向交通工具金属材料的缺损识别算法[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版）, 2021, 40(07): 136-144.
[4]	杜子学，邬浩鑫. 悬挂参数对直线电机跨座式单轨车辆气隙稳定性和运行平稳性影响[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版）, 2021, 40(06): 124-129.
[5]	邓明阳1,2，郭应时1. 电动汽车插补耦合无线充电技术的研究[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版）, 2021, 40(06): 130-135.
[6]	杜子学，马川翔. 车体铰接式跨座式单轨列车运行稳定性分析[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版）, 2021, 40(05): 122-128.
[7]	余曼,赵炜华,吴玲,李郁菡. 基于K-均值聚类和支持向量机的电动汽车行驶工况研究[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版）, 2021, 40(05): 129-139.
[8]	曹源文1，陈作1，赵江2，张晓强3，郑婷婷4. 多路况下轮式装载机行驶稳定性研究[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版）, 2021, 40(05): 140-146.
[9]	杜子学，邬浩鑫，杨震. 直线电机跨座式单轨车辆曲线通过能力分析[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版）, 2021, 40(04): 127-132.
[10]	邓涛1，李鑫2. 智能车辆横纵向运动综合控制方法研究[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版）, 2021, 40(04): 133-140.
[11]	李耀华，刘洋，宋伟萍，邵攀登，任田园. 基于行驶工况的零部件耐久性测试工况构建[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版）, 2021, 40(04): 141-146.
[12]	刘祯1,3，林鑫1,2，吴华伟1,3，叶从进1,3，耿向阳4. 基于STAR-CCM+的IGBT散热翅片结构设计研究[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版）, 2021, 40(03): 128-134.
[13]	李军，张俊，张世义. 基于ABP-EKF算法的锂电池SOC估计[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版）, 2021, 40(03): 135-140.
[14]	郝刚1,2，金涛1. 基于隐马尔科夫模型的滚动轴承性能衰退评估[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版）, 2021, 40(02): 123-128.
[15]	刘朝涛,狄科宏,杜子学,杨震. 跨座式单轨弓网耦合主动控制研究[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版）, 2021, 40(02): 129-135.

基于Icepak的多种间隙下IGBT散热器仿真与研究

Simulation and Research of IGBT Radiator under Multiple Gaps Based on Icepak

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics