话说控制器散热与小肠

你知道普通人的小肠长度有多长，吸收面积有多大吗？让我来科普一下：普通人的小肠长度大约有4米，但吸收面积确达到了200平方米，比同样直径大小的单筒面积增加了近600倍。惊人吧？

那为啥差别这么大呢？通过解剖学我们知道了原因：因为小肠粘膜形成许多环行皱襞，皱襞上有大量的绒毛，绒毛表面的柱状上皮细胞还有许多微绒毛，这才使小肠的吸收面积比同样长度的单筒面积增加了600倍。

好了，有人要问了：大哥，你扯远了吧，怎么扯到小肠去了？好吧，我承认稍微扯远了些，但容我先卖个关子，后面您就知道了。各位看官，随我一起收收心吧，下面我们进入正题，本节课我们讲一下IGBT控制器散热结构的对比分析和优化探讨。

新能源电机的控制器呢，一般都是水冷的，水冷介质通常采用水和乙二醇的混合液，各占50%的体积比例。既然是水冷的，那么冷却的水道设计就自然而然地就成为了散热设计的核心，这一点毋庸置疑吧，嘿嘿。

我们有三种冷却水道对比结构，敲黑板了，看图看图快看图。

a)结构一：散热水道格栅有3条，水道与IGBT模块的距离为4.5mm；

b)结构二：散热水道格栅为3条，水道与IGBT模块的距离为3.5mm;

c)结构三：散热水道格栅为6条，水道与IGBT模块的距离为5mm。

a)结构一

b)结构二

c)结构三

上面三种水道设计哪个好，各位学者心里有谱吗？不妨让我们竞猜一下吧，我出5分。 

好，竞猜开始……

我的天哪，这么科学严谨的科学问题，你们竟然要竞猜，还要不要那啥，我们需要用CFD分析去定量解决这个问题好吗。

于是，干货时间到了，不要眨眼。 

首先是材料，我们用到了如下材料，IGBT模块每层材料的参数都可以查到，见表1。对于控制器箱体，我们会用6061和ADC12两种铝合金做分析对比。

接着我们show一下网格。IGBT模块的不同层采用共节点六面体网格，对水道和箱体采用共节点四面体网格。在这里啰嗦一下，哦不不，是重点强调，水道的边界层网格我们还是要好好处理一下滴，毕竟流体力学的规律我们还是要遵循滴。

a)整体网格和IGBT模块共节点示意图

b)不同水道网格图和水道边界层网格

再接着，边界条件和初始参数设置，由于参数较多，我们暂且搁置不表，为了您阅读安全，此处省去一万字。

好，唐僧师徒四人踏过千沟万壑，历经千难万险，终于来到了西天，取真经的时刻终于到了。

三种结构的仿真结果get到了，哎呦不错哦，和我预料的一样耶，早知道我就和你们下注竞猜了，稳赢啊。

b)结构一水道温升 

c)结构二整机温升分布云图 

d)结构二水道温升

 e)结构三整机温升

f)结构三水道温升 

从计算结果看出，结构二针对厚度方向减薄的措施对减小温升有效，但是效果不明显，温升仅下降不到1℃，但是该方案有可能造成强度问题和压铸时的脱模困难；结构三针对水道的散热格栅做了较大调整，散热格栅由3条增加到6条，高温区水道的散热面积增加了近一倍，改善效果较为明显。其中一些关键参数对比统计在表2里。

此外，采用6061材料和ADC12材料时，IGBT模块的温升也差异较大，由于ADC12材料的导热系数较小，箱体采用ADC12材料比采用6061材料时芯片温升高10℃。当然，这里只是做个对比，铸造箱体的话，谁也不会用6061去铸，除非有钱没处放或者吃饱了撑的。

a)IGBT模块温升-6061铝合金

b)IGBT模块温升-ADC12铝合金   

正如预料中的一样，结构三的IGBT芯片温升最低，比结构一的下降了7度。这个7度着实让我放心了不少，因为优化结构的方向和思想得到了验证。到底是什么方向什么思想呢？别着急，且往下看。

还记得我一开始卖过的关子吗？小肠为什么吸收能力那么强？还不是因为表面积大嘛。那为什么表面积那么大？还不是因为小肠的皱襞和绒毛结构嘛。类似的，控制器的水道结构优化，也必须向小肠结构学习，要皱襞多多，绒毛多多，让金属的高温面积和低温的冷却液多多接触，注意我说的是高温区哦。实际上，我们目前的加工能力有限，不可能做出皱襞和绒毛结构，就将就着把格栅的条数增加几条吧，这个还是可以做到的，能力强的人还可以在格栅上做一些小“山丘”进一步增加接触。

以上这些探讨和结论也只是在散热方面做个抛砖引玉，现实生活中有诸多高效散热结构存在。要不是加工能力的限制，我们可以将冷却发挥到极致。

好了，本局竞猜结束，我猜您猜对了。您get到我说的点了吗？