Ansys2025全球仿真大会：电热耦合模型在变流器散热仿真中的应用

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©2025ANSYS,Inc.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PCS23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PCS

的基本功能储能系统的大脑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应用场景工业储能、电网调峰、可再生能源配套等包括逆变模块、控制模块、散热设备等关键部件，由大量的PCB、

IGBT、继电器、电容、电抗等器件组成系统部件与组成451

1

新能源并网需求

2

风电、光伏等波动能源推动储能系统需求增长

3

散热挑战加剧4

高功率带来高热量，散热成为影响系统稳定性的关键

5

行业标准与认证满足国际与国内标准，确保产品合规性与市场准入功率密度提升提高单位体积功率输出，推动PCS技术革新政策支持与市场前景政策推动储能产业发展，

明确技术发展目标“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高温加速老化，导致器件失效，降低系统运行稳定性提前发现散热瓶颈，降低开发成本，提高工作效率损耗增大导致温度升高，影响元器件性能与寿命依赖实物测试，试错成本高，研发周期长控制温升，提升散热效率，延长系统使用寿命功率提升带来的挑战传统散热设计局限电热仿真的优势散热设计目标系统可靠性453电热耦合仿真流程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热仿真（Icepak）基于电损耗结果，模拟实际散热环境与温度分布电热迭代分析多轮迭代优化，确保仿真结果与实际一致测试验证与实物测试结果对比，验证仿真模型准确性工具链整合Q3D+

Icepak

+

自动化脚本，构建高效仿真流程12电热耦合仿真实践Q3D

电路损耗计算

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补充电子器件、散热设备、以及影响风路的结构，如：继电器、电抗、风扇导风罩、换热器等再导入回到Q3DQ3D模型终版

模型前处理Q3D计算PCB和器件的损耗Q3D模型初版叠层结构校核导入叠层文件导出至Q3DPCBlayout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Q3D电路损耗计算

电流分布校核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℃Icepak

整机热仿真网格优化与效率提升优化仿真流程，提升计算效率与结果准确性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Ansys

MLM应用使用2D平面MLM，实现PCB板卡的精细网格划分结果一致性保障确保仿真流程标准化，提高结果可重复性标准器件库建立显著缩短仿真周期，提升研发效率Q3D网格导入

Icepak复用电磁仿真网格，提升计算效率总结与展望

核心验证手段电热耦合仿真成为高功率密度PCS

设计的关键工具

Q3D+

Icepak

双向迭代准确评估电损耗与温升，优化散热设计

自动化脚本和标准器件库优势提升仿真效率，减少重复性工作

实物验证成果仿真结果与实物测试高度一致，验证模型可靠性

技术推广价值为行业提供标准仿真流程与优化方法电热耦合仿真成果总结通过仿真优化设计，提升PCS散热性能

更高功率密度挑战继续提升功率密度，推动材料与结构创新

多物理场耦合仿真结合热、电磁、流体等多因素，提升仿真精度

更高效的散热模式加强液冷、相变冷却