近年來電子散熱研究主要集中在計算機類的高熱流芯片上，然而隨著大功率半導(dǎo)體器件如IGBT、晶閘管等單個器件功率密度越來越大，傳統(tǒng)的風(fēng)冷散熱器就有了一定的局限性，大功率散熱方式逐漸從風(fēng)冷向水冷方式過度，特別是在高壓變頻、新能源風(fēng)電、光伏變流器、風(fēng)電并網(wǎng)的柔性直流輸電、特高壓直流輸電等領(lǐng)域，水冷方式已經(jīng)成為主要的散熱方式。

冷板設(shè)計方面的有用文獻(xiàn)主要是關(guān)于低功率損耗方面。盡管有些少量的文獻(xiàn)是采用CFD建模和材料研究用在IGBT、大功率發(fā)光二極管的冷卻和封裝和原子能的鐳射散熱。但缺少綜合性的論述。盡管這幾年的一些出版物論述及3D建模來仿真元件級冷卻系統(tǒng)。如微通道冷板、微射流冷板、菱形網(wǎng)格狀冷板、液體金屬冷卻、IGBT雙面冷卻卻、魚鰭翅片鑲嵌及其他技術(shù)用在平板型半導(dǎo)體器件冷卻上。

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無論是工業(yè)還是醫(yī)用行業(yè)，由于激光儀器設(shè)備的應(yīng)用，為社會發(fā)展起到了很好的推動作用，而作為這些設(shè)備的使用者和生產(chǎn)者來說。盡管已經(jīng)有了高精尖的技術(shù)，但是也為一些小問題而煩惱，特別是散熱問題，極其重要，因為長時間使用激光設(shè)備，肯定是會生產(chǎn)生大量熱量的，散熱是必須解決的問題。

我們就以半導(dǎo)體激光器為例，50w的需要用制冷量1200w以上的散熱器設(shè)備。風(fēng)冷散熱器是利用空氣流動來散發(fā)熱量，而在

強制對流的情況下空氣的傳熱系數(shù)是20-100w/㎡?k，水的傳熱系數(shù)是1000-15000w/㎡?k，也就是說相同溫度相同面積的情

況下，水的傳遞熱量是空氣的幾十倍。如果用風(fēng)冷達(dá)到同樣散熱效率的情況下只能提高轉(zhuǎn)速，也加重了噪音。其實不論從

專業(yè)角度來講，還是散熱解決途徑的趨勢來講，給激光儀器設(shè)備散熱，選擇水冷板散熱器是一個比較好的方案。

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水冷散熱器的設(shè)計原則

1基材的選擇：盡量避免一個系統(tǒng)中有兩種電極電位差較大的金屬，減少電化學(xué)腐蝕。

2冷板種類選擇:基于液冷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和是否承載重去選擇

3 流量的確定：由于水冷的系統(tǒng)比較龐大，一般不會對整個系統(tǒng)做仿真分析，而是先設(shè)定水冷散熱器流量，再根據(jù)對應(yīng)的系統(tǒng)流動阻力匹配水泵?？偀崃亢凸べ|(zhì)的物性參數(shù)確定后，流量和溫升成反比；若溫升較高，則水冷系統(tǒng)的換熱器（冷卻水用）需要設(shè)計的比較大；若溫升過低，則需要選用比較大的水泵。因此溫升過高或過低都會引起成本的增加?；诮?jīng)濟(jì)性考慮，常常有個經(jīng)濟(jì)型溫升范圍，也就同步確定了散熱器的流量。

4.水冷流道截面的設(shè)計：經(jīng)理論推導(dǎo)，對流熱阻與截面的水力直徑成正相關(guān)的關(guān)系。也就是說，其他條件相當(dāng)，水力直徑越大，對流熱阻越大。我們知道，水力直徑D=4A/X，其中A為流道截面積，X為流道截面周長，也就是說，截面積相等的條件下，周長越大，水力直徑越小，對流熱阻越小。

在比較成熟的冷卻方式中，風(fēng)冷除了想辦法與其他熱傳遞手段配合使用外，已經(jīng)基本被排除在乘用車電池包應(yīng)用范疇以外。再加上特斯拉的示范效應(yīng)，水冷不再是預(yù)研課題，而成了盡快商業(yè)化的重點。液冷板，似乎并沒有什么統(tǒng)一的定義，我們先就動力電池包的液冷板這個應(yīng)用場景，給它下個定義，暫且這樣描述：動力電池系統(tǒng)中，電池工作產(chǎn)生多余熱量，熱量通過電池或者模組與板型鋁質(zhì)器件表面接觸的方式傳遞，結(jié)果是被器件內(nèi)部流道中通過的冷卻液帶走。這個板型鋁質(zhì)器件就是液冷板。

水冷板的日常怎么維護(hù)？

目前，許多工業(yè)品呈現(xiàn)出智能化、微型化的趨勢，器件的熱流密度隨之而來，普通的風(fēng)冷散熱已經(jīng)無法滿足。液體冷卻的常用冷卻工質(zhì)為水（不同百分比乙二醇混合），其來源廣、環(huán)境友好、價格低廉。

水冷板散熱器多應(yīng)用于各類工業(yè)品的散熱冷卻，比如電動汽車電池包、光伏逆變器、電動汽車控制器、醫(yī)療器械、IT服務(wù)器、變流器、各類電子控制機箱等等。相對于傳統(tǒng)的強迫風(fēng)冷散熱，水冷能有效提高系統(tǒng)的散熱效果，增大散熱功率，且較容易實現(xiàn)高防護(hù)等級。

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針對液冷板產(chǎn)氣現(xiàn)象，研究發(fā)現(xiàn)液冷板產(chǎn)氣現(xiàn)象在當(dāng)前使用的產(chǎn)品中是不可避免的，因此只能采取阻止產(chǎn)氣的措施來保證電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的正常運行。

不考慮液冷板的結(jié)構(gòu)因素，產(chǎn)氣位置主要在液冷板焊接處，因此在液冷板生產(chǎn)的過程中必須對其進(jìn)行嚴(yán)格的驗證從而杜絕產(chǎn)氣現(xiàn)象產(chǎn)生；從原理角度，認(rèn)為產(chǎn)氣現(xiàn)象可能與形成宏電池、液冷板與冷卻液間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和硅偏析現(xiàn)象有關(guān)聯(lián)。其中氟鋁酸鉀助焊劑焊接后與乙二醇冷卻液之間發(fā)生的硅偏析現(xiàn)象與產(chǎn)氣現(xiàn)象之間的關(guān)聯(lián)程度較高。

因此可以針對焊接部分，通過改善焊接材料成分、調(diào)整冷卻液添加劑成分和改變助焊劑成分和焊環(huán)厚度三方面來對液冷板產(chǎn)氣現(xiàn)象進(jìn)行改善。

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