冯彦博-电热耦合模型在变流器散热仿真中的应用.pdf

1、2025 ANSYS,Inc.电热耦合模型在变流器散热仿真中的应用冯彦博 远景能源/储能新电网产品平台目录1.储能系统和 PCS2.散热设计与电热耦合仿真3.电热耦合仿真实践4.总结与展望储能系统和PCSPCS 的基本功能储能系统的大脑1电能双向流动储能系统的核心部件，掌握储能系统与电网之间的电能交换2充放电控制支持并网运行，维持电网稳定，满足新能源接入标准，良好的控制策略能提高电池的使用寿命3交直流变换提高整流与逆变效率，降低系统损耗，提升整体能效，决定输出电能的质量和动态特性4系统部件与组成包括逆变模块、控制模块、散热设备等关键部件，由大量的PCB、IGBT、继电器、电容、电抗等器件组成5

2、应用场景工业储能、电网调峰、可再生能源配套等1风电、光伏等波动能源推动储能系统需求增长新能源并网需求2提高单位体积功率输出，推动PCS 技术革新功率密度提升3高功率带来高热量，散热成为影响系统稳定性的关键散热挑战加剧4政策推动储能产业发展，明确技术发展目标政策支持与市场前景5满足国际与国内标准，确保产品合规性与市场准入行业标准与认证“双碳”目标下储能系统发展趋势散热设计与电热耦合仿真散热设计的重要性高功率密度下，散热能力决定系统稳定性与寿命损耗增大导致温度升高，影响元器件性能与寿命功率提升带来的挑战高温加速老化，导致器件失效，降低系统运行稳定性系统可靠性控制温升，提升散热效率，延长系统使用寿命

3、散热设计目标依赖实物测试，试错成本高，研发周期长传统散热设计局限提前发现散热瓶颈，降低开发成本，提高工作效率电热仿真的优势构建完整的电热耦合仿真体系，实现精准分析电磁仿真（Q3D）导入PCB文件，计算电路损耗，为热仿真提供输入数据1热仿真（Icepak）基于电损耗结果，模拟实际散热环境与温度分布2电热迭代分析多轮迭代优化，确保仿真结果与实际一致3工具链整合Q3D+Icepak+自动化脚本，构建高效仿真流程4测试验证与实物测试结果对比，验证仿真模型准确性5电热耦合仿真流程电热耦合仿真实践PCB layout导入叠层文件叠层结构校核导出至Q3D补充电子器件、散热设备、以及影响风路的结构，如：继电器

4、、电抗、风扇导风罩、换热器等再导入回到Q3DQ3D计算PCB和器件的损耗Q3D模型初版模型前处理Q3D模型终版精确计算PCB板卡、铜排、等器件的损耗，为热仿真提供基础数据Q3D 电路损耗计算三相电流不均匀问题输出模块后没有末端器件电阻，三相电流不均匀，影响损耗分布优化解决方案输出端添加大电阻石墨块，实现三相电流均衡电流分布校核Q3D 电路损耗计算流场分布可视化温度云图展示热分布情况，识别热点速度云图展示对流散热强度，识别散热盲区散热设计优化定位高温区域，进行损耗校核或设计优化Icepak 整机热仿真样机测试验证继电器外壳温度：仿真71.0，实测67.8继电器铜排温度：仿真81.3，实测80.8

5、优化仿真流程，提升计算效率与结果准确性Ansys MLM 应用使用 2D 平面MLM，实现PCB板卡的精细网格划分Q3D 网格导入 Icepak复用电磁仿真网格，提升计算效率自动化脚本使用录制脚本并改写提高泛用性，自动执行，减少人工干预标准器件库建立显著缩短仿真周期，提升研发效率结果一致性保障确保仿真流程标准化，提高结果可重复性网格优化与效率提升总结与展望通过仿真优化设计，提升 PCS 散热性能电热耦合仿真成为高功率密度 PCS 设计的关键工具核心验证手段准确评估电损耗与温升，优化散热设计Q3D+Icepak 双向迭代提升仿真效率，减少重复性工作自动化脚本和标准器件库优势仿真结果与实物测试高度一致，验证模型可靠性实物验证成果为行业提供标准仿真流程与优化方法技术推广价值电热耦合仿真成果总结探索更高功率密度与智能化的 PCS 散热技术未来技术发展方向继续提升功率密度，推动材料与结构创新更高功率密度挑战结合热、电磁、流体等多因素，提升仿真精度多物理场耦合仿真加强液冷、相变冷却等散热方式的应用更高效的散热模式构建远程仿真平台，提升协作效率与资源共享云仿真平台建设2025 ANSYS,Inc.谢谢观看欢迎交流