基于拓扑优化的车用功率模块Pin-Fin设计方法

摘要：

集成 Pin-Fin散热器可以降低功率模块的结-流热阻,是车用电机控制器热管理的发展趋势.然而,传统参数设计方法无法定量表征 Pin-Fin 的形貌结构,设计自由度低、设计效果欠佳,难以实现Pin-Fin的热-流协同设计.基于变密度拓扑优化方法,该文提出一种Pin-Fin形貌结构的设计方法,建立 Pin-Fin 设计的变密度拓扑优化模型,分析模型参数对优化结果和收敛性的影响规律,形成以结-流热阻和冷却液压降为目标的协同优化方法,探索Pin-Fin结构的热-流耦合规律和强化换热方法,得到最优的 Pin-Fin 散热器形貌结构,搭建变流器实验平台和车用电机控制器样机,对标商业化圆形 Pin-Fin 结构,以及三角形、菱形和水滴形等其他形貌结构,计及母线电压、负荷电流和冷却液流量的影响,实验结果验证了所提模型方法的可行性和有效性.实验结果表明:基于拓扑优化方法设计的Pin-Fin结构,与传统结构相比可以降低 12%的结-流热阻,消除了多芯片结温差异的 80%,为车用功率模块和电机控制器研究提供新的思路.

关键词：车用功率模块、集成Pin-Fin散热器、拓扑优化方法、热-流协同优化设计

所属期刊栏目：38

分类号：TM464(变压器、变流器及电抗器)

资助基金：国家自然科学基金;重庆市基础研究与前沿探求项目;重庆市研究生科研创新项目

在线出版日期：2023-10-10（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共16页

页码：4963-4977,4993