Ansys2025全球仿真大会：热电耦合仿真流程及案例演示

热电耦合仿真流程及案例演示2025/09/11StrictlyConfidentialV1.0NIO

Internal目

录1.公司及部门介绍2.产品热设计问题和挑战3.ANSYS热管理解决方案4.代表案例-热电耦合仿真流程及案例演示5.ANSYS协助热设计开发的未来展望NIO

Internal一）蔚来汽车定位与行业角色1.核心领域：全栈技术驱动的产品与服务矩阵智能电动汽车研发/换电网络与能源服务/全栈技术研发2.行业优势：难以复制的技术壁垒与生态护城河可充可换可升级3.技术战略：以底层创新定义智能汽车未来蔚来十二大技术栈全栈自研公司及部门介绍NIO

Internal智能硬件负责蔚来汽车智能化相关的低压控制器和传感器，热设计团队负责所有自研件全生命周期的散热设计，水冷、风冷、自然散热都有涉及公司及部门介绍NIO

Internal热设计团队打通了从大算力芯片到中央计算平台到整车热管理的全链路热设计开发流程，行业领先的芯片功耗和热控设计，效率极高的微通道液冷散热，匹配精密控制的多级热管理策略公司及部门介绍NIO

Internal产品热设计问题与挑战（一）环境适应性问题：极端环境适配挑战设备需要在极端温度环境下正常工作。夏季车内温度可能高达85°C

，而冬季则可能降至零下40°C。这种极端温度变化对设备的材料和结构提出了严峻要求

，必须能够在-40°C至85°C的温度范围内稳定运行（二）高功率密度及空间局限带来的热瓶颈芯片集成度不断提高，导致其功耗逐渐增加，结合电子设备尺寸不断缩小，散热系统可用空间日益有限，传统散热方案难以在有限空间内提供足够冷却能力，从而带来了热设计方面的巨大挑战（三）传统设计模式的效率痛点•依赖物理样机：传统

“设计-打样-测试”迭代周期长（单次迭代

4~6周），且无法提前识别隐性热点•多学科协同难：系统涉及器件，

电路板，外壳结构等，不仅仅是热的问题，还包括电，

力方面的耦合作用，本质上是个多物理场

问题（四）系统优化问题如何能够更好的进行系统级优化也是关系到设备能够更好的稳定工作的重要解决方案，包括模块化与热隔离、散热面积扩展和智能温控系统。开发驻车后的主动散热策略，

防止设备过热等等。NIO

Internal解决方案:1.

Powermap/delphi+ECAD+MACD热仿真2.热电耦合热仿真3.主/被动散热热仿真4.

电热力多物理场耦合仿真5.动态热管理ANSYS热管理解决方案项目具体需求Ansys解决方案备注器件/板级CTM、热阻提取、热网络模型建模AEDT

Icepak器件级，

精度提升热电耦合仿真Siwave/3D

layout

+Icepak板级别-焦耳热仿真，精度提升双向耦合，可导入外部网格系统级自然散热AEDT

Icepak系统，精度提升Icepak提供多种辐射模型，强大网格剖分，

可识别复杂异型模型，识别曲面热阻热源等强制对流散热（支持MRF）AEDT

Icepak系统，精度提升Icepak支持MRF,多种湍流模型，强大网格剖

分和复用功能，可识别复杂异型模型液冷系统散热AEDT

Icepak+fluent

meshing系统，精度提升Icepak多种湍流模型，强大网格剖分和复用

功能，可导入外部网格识别边界层等电热力耦合仿真AEDT

+mechanical系统-电热力耦合仿真，精度提升动态热管理Icepak+TB/Icepak

DTM系统，效率提升ANSYS热管理解决方案代表案例-热电耦合仿真流程及案例演示区域控制器热电耦合仿真流程及案例演示NIO

InternalContents1.

Build

Thermal

Model

建立热模型2.Set

Boundary

Conditions

设置边界条件3.

Meshing

画分网格4.Solution

setting

求解设置5.

Solve

求解6.热电耦合迭代计算NIO

Internal10InputProcedureOutputTool•Buildthermalmodel•

PCBA

IDFfile

（

.emn

.emp）•

PCBA

layout（

.tgz）•EEthermal

power

consumption•Chip

detail

model

(.tzr)•3D

model

（

.stp,material)•

Thermal

boss

position(散热凸台

位置)•Thermal

modelPCB

model

3D

modelThermalmodel•

SIwave•

SpaceClaim•

Workbench•Ansys

Icepak•Boundaryconditions•

Thermal

scenario

and

requirements•

Ambient

temperature•Coolant

inlet

temperature•

Flow

rate•

Direction

ofgravity•Thermal

modelwith

boundary

conditionsBoundaryconditionsIncrease

heat•Ansys

Icepak•MeshingMeshdissipationmeasures•

SolutionSetting•Steady

state

solution

setting•Transient

solution

settingSolutionSettingorsolveconvergesYesNo•Ansys

Icepak•Post-processingPost-processingMeet

temp.requirementYesthermal

related

mechanical

Design

release•Thermalsimulation

resultsNo•Ansys

Icepak热电耦合热仿真一般流程NIO

InternalNo②Siwave打开trace文件，调用Icepak打开板子方法：Tgz文件emnempTgz文件1.

BuildThermal

Model建立热模型•

PCB

模型的导入①直接导入方法：不规整的板子最好选择Polyon.器件选择矩形导入TRACE（Tgz）文件选择需要的器件NIO

Internal12点击确定，就可以调用Icepak，打开裸板子13NIO

Internalemnemp1.

BuildThermal

Model建立热模型再依靠直接导入方法导入器件进ICEPAK。此时板子及器件就完全导入了。板子导入后情况

器件导入后情况填入名称，路径不允许有空格或者其他符号一定要勾选。勾选才能调用打开ICEPAK调用ICEPAK功能取消器件勾选直接导入的板子，在计算前需要勾上分层显示（

Siwave调用的，

无需设置）注：

1.板子不论是导入SIWave处理后的板子，还是直接导入trace。都需要与布板同事确认过孔厚度2.打勾代表过孔中填铜。过孔的铜厚及是否填铜需要与布板同事确认。3.定义芯片的仿真模型，注意热阻的定义2热过孔3芯片双热阻模型、功耗1叠层厚度1.

BuildThermal

Model建立热模型•

PCB

模型设置NIO

Internal14•

3D模型①HOUSING②

导热胶③PCBA④

COVER材料属性设置（注意:表面材料设置会影响表面辐射系数）1.

BuildThermal

Model建立热模型NIO

Internal152.Set

BoundaryConditions设置边界条件①

环境温度②

重力加速度③

求解速度压力和温度④

强迫对流or自然对流⑤

层流or湍流⑥

若为湍流，设置湍流模型⑦

是否考虑辐射⑧

如考虑，选择辐射模型⑨

稳态or

瞬态①NIO

Internal②163.

Meshing画分网格①

画网格前检查②网格质量NIO

Internal17①

迭代步数②

收敛准则③

并行计算④

松弛因子4.Solutionsetting

求解设置根据电脑情况所定NIO

Internal18①

残差②

进口压力监测点③出口速度监测点④

温度监测点⑤

判断是否收敛5.Solve

求解NIO

Internal19导入tgz,，即走线文件后，板子材料设置默认导入的材料即可，此时板子导热依靠trace，因此材料设置不影响计算结果。理论计算板子焦耳热（与硬件同事评估所得）Summary

report之后计算的平均板温输出给硬件仿真同事，

此温度作为第一版PI仿真的环温6.热电耦合迭代计算第一版热仿真计算206.热电耦合迭代计算第二版热仿真计算：导入PI结果导入tgz,，即走线文件后，板子材料设置默认导入的材料即可，此时板子导热依靠trace，因此材料设置不影响计算结果。功率设置选择Siwave

profile，导入.outb文件。（由硬件PI仿真结果提供）21比照每层板子的焦耳热分布图6.热电耦合迭代计算第二版热仿真计算：后处理分析、结果比照每层板子的温度分布图每层板子的铜含量22选择板子导出sitemp文件作为第二版PI仿真的输入，输出给硬件仿真6.热电耦合迭代计算第二版热仿真计算：输出温度分布236.热电耦合迭代计算第三版热仿真计算：后处理分析、结果比照导入第二版PI仿真结果。再次比照每层铜含量、温度分布和焦耳热。再次输出温度分布。循环迭代3次，对比每一版热仿真结果（器件结温，板子温度，温度分布）。若结果差异不大，则热电耦合结束。器件结温PCB板温247.热电耦合仿真迭代与热测试的差异比较仿真结温壳温与实测对比25•获得了更为准确的仿真结果，热性能达标率提高，仿真更具有指导意义•减少了研发迭代次数，缩短产品开发时间•

降低了直接和间接研发成本•通过跨学科协调，提升了技术能力•通过高精度的电热耦合仿真，得到准确的温度场分布。

(SIwave-

Icepak)•基于高精度结果，指导相应设计改善。

(SIwave-

Icepak)•

尽早发现热造成的不利影响•

优化产品热设计8.代表案例-Ansys解决方案小结SolutionBenefitsEngineeringGoalsSIwave仿真功率分布Icepak仿真温度分布ANSYS协助热设计开发的未来展望（一）贴合行业趋势的深度应用方向新材料与新结构仿真：