CN112437593B - 一种高功率密度集成pcu模块及其液冷设计方法 - Google Patents

一种高功率密度集成pcu模块及其液冷设计方法 Download PDF

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Abstract

公开了一种高功率密度集成PCU模块及其液冷设计方法，包括液冷散热器结构设计和液冷参数优化方法。所述液冷设计方法解决PCU功率模块因高集成度导致的PCU模块内部局部功率芯片的过热问题，实现高功率密度集成PCU模块的优化散热。

Description

一种高功率密度集成PCU模块及其液冷设计方法
技术领域
本发明涉及电子电路，尤其涉及一种高功率密度集成PCU模块及其液冷设计方法。
背景技术
高集成度已成为纯电动汽车(electrical vehicle，EV)或者混合动力电动汽车电控(hybrid electrical vehicle，HEV)***功率控制单元(power control unit，PCU)模块发展的主流趋势。PCU模块的高集成度发展趋势主要体现在两个方面，一是更多的电路变换功能模组被集成到同一个模块，另外一个就是更多的部件被集成到同一个模块。
对于插电混合动力汽车的PCU模块而言，更多的电路变换功能模组被集成到同一个模块内部在业界也有一些典型的例子，比如丰田汽车第一代Prius使用的PCU模块，模块内部集成了电动机驱动和发电机的电路变换功能模组，但是发展到第二代Prius时，boost升压的电路变换功能模组也被集成进了PCU模块内部。
模块内部更多部件的集成意味同一个模块内部除了芯片种类和数量的增加外其他的一些部件比如液冷散热器、电容、电感或者电流传感器等也会被集成到一起，然后再被一体封装成型。
HEV电控***内部PCU模块与其他部分的连接是通过模块的功率电极、输入输出端子以及液冷散热器出水口和入水口实现的。对于一个给定的HEV电控***，这些接口的位置是固定的，接口之间相对位置的固定给PCU模块各部件的集成施加了严苛的限制。PCU模块电路变换功能模组之间电流等级的不一致，也造成PCU模块电路变换功能模组内部的基本功率变换单元所采用的功率芯片的尺寸和并联数存在不一致。此外，同一个基本功率单元内部也会因为桥臂之间通过DBC走线实现互连时造成功率芯片在上桥和下桥的DBC结构上的布局出现不完全一致的特点。这些都是高功率密度集成PCU模块内部功率芯片热阻在不同的电路变换功能模组之间以及在同一个基本功能变换单元内部的上桥和下桥之间存在差异的根本原因。
现有的液冷参数优化仅仅基于功率芯片结温限制的冷却液最高温度和最高压力的优化设计准则，现有的冷却液流速优化并不会考虑高功率密度集成PCU模块功率芯片相互之间独特的热阻特性，这使得设计出的冷却液流速偏离最佳值。流速过高会额外增加散热的成本，流速过低又存在局部功率芯片过热的风险。另外，因为没有考虑PCU模块的热阻的差异性，液冷散热器腔体内部的冷却液流动空间设计在不同区域也没有做相应的优化调整，这也会导致模块局部芯片过热风险增高。因此，现有的液冷设计无法有效的应对PCU模块因高功率密度集成造成的热阻特性不一致的现状，使得设计的液冷参数的要么过于严苛要么过于松懈。
发明内容
为了解决上述现有技术的一个或多个技术问题，本发明针对高功率密度集成PCU模块的散热提出了一个新的方法。该方法将PCU模块内部功率芯片热阻差异这种独特的热特性集成进PCU模块的设计，提出了一个基于热阻差异性特征的高功率密度PCU模块的液冷设计方法。
根据本发明一实施例提出了一种高功率密度集成PCU模块，包括：液冷散热器，包括冷却液、冷却液入口、冷却液出口、液冷散热器腔体和液冷热沉板，所述冷却液流动于由液冷散热器腔体和液冷热沉板形成的冷却液流动空间中，由冷却液入口进入液冷散热器，并由冷却液出口流出液冷散热器；第一焊料层，位于液冷热沉板上方；多个电路变换功能模组，位于第一焊料层上方，每个电路变换功能模组包括多个基本功率变换单元，包括：DBC结构，包括上桥DBC结构和下桥DBC结构；第二焊料层，位于DBC上表面；以及功率芯片，位于第二焊料层上表面，其中所述功率芯片产生的热量通过第二焊料层、DBC结构、第一焊料层和液冷热沉板传输到冷却液，并通过冷却液将热量传出液冷散热器；其中同一电路变换功能模组内部上桥中结温最高的功率芯片仅与冷却液流动相关的温度累积减去下桥中结温最高的功率芯片仅与冷却液流动相关的温度累积的差值约等于零；以及第一功率芯片仅与冷却液流动相关的温度累积减去第二功率芯片仅与冷却液流动相关的温度累积的差值约等于零。
根据本发明又一实施例提出了一种高功率密度集成PCU模块，包括：液冷散热器，包括冷却液、冷却液入口、冷却液出口、液冷散热器腔体和液冷热沉板，所述冷却液流动于由液冷散热器腔体和液冷热沉板形成的冷却液流动空间中，由冷却液入口进入液冷散热器，并由冷却液出口流出液冷散热器，所述液冷散热器还包括液冷热沉板深入冷却液流动空间的长条状凸起结构和柱状凸起结构，其中长条状凸起结构相互之间的间距不小于柱状凸起结构相互之间的间距，长条状凸起结构和柱状凸起结构相邻的区域里长条状凸起结构与冷却液流动方向垂直且正对柱状凸起结构的面的面积小于长条状凸起结构中与该面平行的其他任意位置的横截面的面积，柱状凸起结构相互之间在与长条状凸起结构平行方向的间距不超过与长条状凸起结构垂直方向的间距；第一焊料层，位于液冷热沉板上表面；多个电路变换功能模组，位于第一焊料层上方，每个电路变换功能模组包括多个基本功率变换单元，包括：DBC结构，包括上桥DBC结构和下桥DBC结构；第二焊料层，位于DBC结构上表面；以及功率芯片，位于第二焊料层上表面，其中所述功率芯片产生的热量通过第二焊料层、DBC结构、第一焊料层和液冷热沉板传输到冷却液，并通过冷却液将热量传出液冷散热器。
本发明提出了的高功率密度集成PCU模块液冷设计方法在不增加在液冷散热成本的前提下提高了PCU模块液冷散热的效率或者有效性，降低了PCU模块内部功率芯片过热的风险，缩短PCU模块产品开发的周期。
附图说明
图1为根据本发明一实施例的PCU模块中的电路变换功能模组高功率密度集成结构示意图1000；
图2为根据本发明一实施例的PCU模块中的基本功率变换单元高功率密度集成结构示意图2000；
图3为根据本发明一实施例的PCU模块基本功率变换单元的电路拓扑结构示意图3000；
图4为根据本发明一实施例的PCU模块基本功率变换单元结构示意图4000；
图5为根据本发明一实施例的高功率密度集成PCU模块结构示意图5000；
图6为根据本发明一实施例的高功率密度集成PCU模块在A1-A1处横截面结构示意图6000；
图7为根据本发明一实施例的高功率密度集成PCU模块在A1-A1处横截面结构中圆形虚线框6001标识的区域的局部放大示意图7000；
图8为根据本发明一实施例的高功率密度集成PCU模块在A2-A2处横截面结构示意图8000；
图9为根据本发明一实施例的高功率密度集成PCU模块中所述的液冷散热结构中所述的液冷散热板200结构设计示意图200；
图10为根据本发明一实施例的液冷散热板200中局部区域2001的结构放大示意图2001；
图11为根据本发明一实施例的液冷散热板局部区域2001中的局部区域2002区域的平面放大示意图2002；
图12为根据本发明一实施例的高功率密度集成PCU模块的液冷参数设计的参考基准示意图9000；
图13为根据本发明一实施例的高功率密度集成PCU模块的液冷参数计算方法示意图9100。
具体实施方式
下面将结合附图详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了便于对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，本领域普通技术人员可以理解，这些特定细节并非为实施本发明所必需。此外，在一些实施例中，为了避免混淆本发明，未对公知的电路、材料或方法做具体描述。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图均是为了说明的目的，其中相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
本发明所述的高功率密度集成PCU模块的液冷设计方法包括但不限于PCU模块，其他的大功率模块即使不是高功率密度集成模块，即使液冷散热器未被集成也同样适用。
图1为根据本发明一实施例的PCU模块的电路变换功能模组高功率密度集成结构示意图1000。如图1所示实施例中，所述高功率密度集成PCU模块包括液冷散热器腔体100、带散热结构的液冷热沉板200、液冷散热器腔体冷却液入口101、液冷散热器腔体冷却液出口102、以及集成在液冷热沉板200上的不同的电路变换功能模组M(i)。其中液冷散热器腔体100、带散热结构的液冷热沉板200、液冷散热器腔体冷却液入口101和液冷散热器腔体冷却液出口102构成了PCU模块的液冷散热器。
本实施例中电路变换功能模组M(i)的数量可以是大于1的任意数字(即i≥1)。为方便讲述高功率密度集成所导致的热阻不一致的问题，本发明一实施例使用3组电路变换功能模组为例，即电路变换功能模组M1、电路变换功能模组M2和电路变换功能模组M3。
图2为根据本发明一实施例的PCU模块的基本功率变换单元高功率密度集成结构示意图2000。如图2所示实施例中，电路变换功能模组为三组，分别为M1、M2和M3，每一个电路变换功能模组中又有各自的基本功率变换单元(例如基本功率变换单元1、基本功率变换单元2、基本功率变换单元3)并联布局在PCU模块的液冷热沉板200上。
图2中功率电极13和功率电极14为基本功率变换单元1的输入功率电极，功率电极10为基本功率变换单元的输出功率电极。同样的，功率电极23和功率电极24为基本功率变换单元2的输入功率电极，功率电极20为基本功率变换单元2的输出功率电极；功率电极33和功率电极34为基本功率变换单元3的输入功率电极，功率电极30为基本功率变换单元3的输出功率电极。
图2所示的本发明一实施例中电路变换功能模组M1是由基本功率变换单元1并联集成而成，基本功率变换单元1在M1中的并联数为n1，同样的，电路变换功能模组M2是由基本功率变换单元2并联集成而成，基本功率变换单元2在电路变换功能模组M2中的并联数为n2；电路变换功能模组M3是由基本功率变换单元3并联集成而成，基本功率变换单元3在电路变换功能模组M3中的并联数为n3。图2中所示并联数n1，并联数n2和并联数n3均为大于或等于1的自然数。
基本功率变换单元1、基本功率变换单元2和基本功率变换单元3的电路拓扑结构可以为半桥电路，如图3所示。其中端口“DC+”和端口“DC-”分别用于连接直流母线的高电位和低电位，而端口“AC”主要用于输出交流电流信号“AC”。虚线框结构3051为上桥的功率芯片，并联数n代表上桥的功率芯片的并联数为n。端口“DC+”、n个并联的结构3051、端口“AC”和相互之间的连接线构成了基本功率变换单元电路拓扑结构的上桥。虚线框结构3050为下桥的功率芯片，并联数n代表下桥功率芯片的并联数为也是n。端口“AC”、n个并联的结构3050、端口“DC-”和相互之间的连接线构成了基本功率变换单元电路拓扑结构的下桥。
半桥电路中上桥或者下桥也被称为半桥电路的桥臂，因此，半桥电路也被认为是由两个桥臂组成，其中一个桥臂为上桥，另外一个桥臂为下桥。
虚线框3051和3050中所示结构为功率芯片，本发明中功率芯片的材料种类可以是碳化硅，也可以是硅，还可以是氮化镓。功率芯片的结构类型可以是MOSFET(metal oxidefiled effect transistor，金属氧化物场效应晶体管)、也可以是IGBT(insulated gatebipolar transistor，绝缘栅场效应晶体管)，还可以是JFET(junction filed effecttransistor，结型场效应晶体管)。虚线框中结构还可以是由MOSFET功率芯片和反并联的二极管功率芯片组成、也可以是由IGBT功率芯片和反并联的二极管功率芯片组成，还可以是由JFET功率芯片和反并联二极管功率芯片组成的结构。
基本功率变换单元1、基本功率变换单元2和基本功率变换单元3的结构示意如图4所示。图4中的输出功率电极11、21和31对应于图3中的端口“AC”，输入功率电极15、25和33对应于图3中连接直流母线高电位的端口“DC+”，输入功率电极16、26和34对应于图3中连接直流母线低电位的端口“DC-”。
图4中的基本功率变换单元1由输入功率电极15和输入功率电极16、输出功率电极11、上桥DBC结构303、下桥DBC结构304，以及上桥的功率芯片51、下桥的功率芯片50和金属引线9组成。其中输出功率电极11位于上桥DBC结构303中的上层铜箔3042上，输入功率电极15位于下桥DBC结构304中的上层铜箔3041上，输入功率电极16位于下桥DBC结构304中的上层铜箔3043上，功率芯片51位于上桥DBC结构303、功率芯片50位于下桥DBC结构304，铜桥结构8位于上桥DBC结构303和下桥DBC结构304中的上层铜箔3041上用于实现上桥DBC结构和下桥DBC结构的电气连接。
相对应，基本功率变换单元2由输入功率电极25和输入功率电极26、输出功率电极21、上桥DBC结构309、下桥DBC结构310，以及上桥的功率芯片55、下桥的功率芯片54和金属引线9组成。其中功率芯片55位于上桥DBC结构309上，功率芯片54位于下桥DBC结构310上，铜桥结构8位于上桥DBC结构309和下桥结构310中的上层铜箔3101上，用于实现上桥DBC结构和下桥的DBC结构的电气连接。
基本功率变换单元3由功率输入电极33和功率输入电极34、功率输出电极31、上桥DBC结构313、下桥DBC结构314，以及上桥的功率芯片59、下桥的功率芯片58和金属引线9组成。其中功率芯片59位于上桥DBC结构313上、功率芯片58位于下桥DBC结构314上，铜桥结构8位于上桥DBC结构313和下桥DBC结构314中的上层铜箔3141上，用于实现上桥DBC结构和下桥DBC结构的电气连接。
如图4所示实施例中，所述的DBC结构即覆铜陶瓷板(direct bond copper，DBC)结构，其结构主要有三层构成，其中中间层为陶瓷层，陶瓷层的上表面和下表面为铜箔层。功率芯片50、功率芯片51、功率芯片54、功率芯片55、功率芯片58和功率芯片59对应于图3所述的功率芯片。
图4所示基本功率变换单元1、基本功率变换单元2和基本功率变换单元3是PCU模块进行高功率密度集成的基本单元。我们以基本功率变换单元1为例讲述模块工作时电流在模块内部的流通路径。
如图4所述的基本功率变换单元1工作时电流从功率电极15进入到下桥DBC结构304中的上层铜箔3041，通过铜桥8进入到上桥DBC结构303，然后穿过导通状态的功率芯片51进入到金属引线9，金属引线9再连接到用于焊接功率电极11的上桥DBC结构303中的上层铜箔3402，最后从功率电极11输出，完成电流在上桥的流通。当电流从功率电极11进入到上桥DBC结构303中的上层铜箔3042后，通过引线9直接进到达下桥DBC结构304，然后穿过导通状态的功率芯片50进入到金属引线9，金属引线9再将电流连接到和功率电极16连接的下桥DBC结构304的上层铜箔3043中，最后从功率电极16输出，完成电流在下桥的流通。
由于上桥DBC结构303的上层铜箔不含有像下桥DBC结构304这样为了实现和上桥DBC结构303的电气连接的上层铜箔3041，所以功率芯片50在下桥DBC结构304的布局比功率芯片51在上桥DBC结构303密集。下桥DBC结构304为了实现上桥的电气连接而牺牲了一部分用于布局上层铜箔3401的面积，即下桥DBC结构304用于布局功率芯片50的面积小于上桥DBC结构303相对应的面积。这导致下桥DBC结构304中并联的功率芯片50工作时产生的热量向液冷散热器中的冷却液传输时相互之间的耦合增强，结果下桥DBC结构304中的功率芯片50的热阻(由功率芯片到冷却液)高于对应的上桥功率芯片51的热阻。
另外，基本功率变换单元2和基本功率变换单元3中的上桥DBC结构(上桥DBC结构309和上桥DBC结构313)和下桥DBC结构(下桥DBC结构310和下桥DBC结构314)也是类似的设计，因此下桥的功率芯片(包括功率芯片54、功率芯片58)的热阻(由功率芯片到冷却液)也高于对应的上桥的功率芯片(包括功率芯片55、功率芯片59)的热阻。
所述冷却液位于如图2所述的由液冷散热器腔体100和液冷散热板200构成的连通的冷却液流动空间中，用于吸收功率芯片产生的热量，并通过自身的流动将热量排除到PCU模块之外，
图5所示为本发明一实施例所述的高功率密度集成PCU模块的结构示意图5000，该PCU模块由3个不同的电路变换功能模组M1、M2和M3组成，每个电路变换功能模组中基本功率变换单元的并联数也是3。电路变换功能模组M1、M2、M3的变换功率可以不相同，所对应的液冷热沉板200面积也可以不同。不同电路变换功能模组中的基本功率变换单元除了在电路拓扑结构上可以一致外，其结构设计彼此可以是不同的。
基本功率变换单元结构上的不同主要体现在基本功率变换单元的DBC结构设计(DBC平面尺寸及DBC结构上层铜箔的图形)、采用的功率芯片(例如图4所示的功率芯片50、51、55、58、58)种类及其并联数(例如图4所示的基本功率变换单元1中功率芯片50和功率芯片51的并联数为2、基本功率变换单元3中功率芯片58和功率芯片59的并联数为1)等。
为方便讲述，在图5中我们用各基本功率变换单元的输出功率电极代指对应的基本功能变换单元，比如基本功率变换单元11、基本功率变换单元12和基本功率变换单元13均是基于功率率变换单元1的功率变换单元，则该实施例的高功率密度集成PCU模块一共由9个基本功率变换单元实现高功率密度集成，分别是基本功率变换单元10、基本功率变换单元11、基本功率变换单元12、基本功率变换单元20、基本功率变换单元21、基本功率变换单元22、基本功率变换单元30、基本功率变换单元31和基本功率变换单元32。
如图5所述的9个功率变换单元中，每三组相同的基本功率变换单元组成一个电路变换功能模组。在电路变换功能模组没有复用的前提下，该PCU模块实现了至少三个电路变换功能模组的集成。集成在一起的这三个电路变换功能模组分别是，由以数字“1”开头编号的基本功率变换单元10、11和12组成的电路变换功能模组M1，由以数字“2”开头编号的基本功率变换单元20、21和22组成的电路变换功能模组M2，以及由以数字“3”开头编号的基本功率变换单元30、31和32组成的电路变换功能模组M3。
图6所示为本发明一实施例(如图5所示)在A1-A1处横截面结构示意图6000，功率芯片55产生的热量由箭头所示方向传递到液冷热沉板的凸起结构210，然后再将热量传递到由液冷热沉板200和液冷散热器腔体100构成的冷却液流动空间220中的冷却液里。如图6所示实施例中，液冷热沉板凸起结构210在各个位置可以为均匀的凸起结构，其横截面图形可以一致，各凸起结构之间的间距可以一致。本发明所述的冷却液可以是任何的流体，比如水、乙二醇的水溶液等等。
图7所示为A1-A1横截面结构图中圆形虚线框结构6001的局部放大示意图7000，图中箭头所示方向为功率芯片热量的传输方向。功率芯片55工作中电流通过时将产生热量，产生的热量依次经过第二焊料层结构1002、上桥DBC结构309的上层铜箔层3091、上桥DBC结构309的中间陶瓷层3092、上桥DBC结构309的下层铜箔层3093、第一焊料层1001，到达液冷热沉板200，最后在液冷热沉板凸起结构210表面和冷却液进行热量交换，冷却液流动空间220中冷却液的吸收热量后温度逐渐增加，并随着冷却液在冷却液流动空间220的流动将热量排出液冷散热器，实现PCU模块的散热。
图8所示为本发明一实施例(如图5所示)在A2-A2处横截面结构示意图8000，该位置液冷热沉板200的凸起结构包括长条状凸起结构210和柱状凸起结构230。本发明所述的热冷热沉板200中不同形状的凸起结构的设计为解决PCU模块高功率密度集成所导致的热阻不一致的问题。
本发明所述PCU功率模块的基本功率变换单元在PCU模块的液冷热沉板200上的高功率密度集成具有以下特征，
第一、各基本功率变换单元的电流或者电压等级可以不同，比如电压等级可以是600伏特，也可以是1200伏特；电流等级可以是50安培，也可以是100安培，或者200安培；
第二、同一类型的基本功率变换单元并联组成同一个电路变换功能模组；
第三、各基本功率变换单元在第一焊料层结构(如图7所示第一焊料层结构1001)上方平行布局，基本功率变换单元的底部(如图7中DBC结构309中的下铜箔层3093和第一焊料层1001接触的面)均位于同一个平面内，该同一个平面和第一焊料层的顶部平面(如图7中所示的第一焊料层1001和DBC结构309中下层铜箔3093接触的面)为同一平面；
第四、基本功率变换单元可以包括功率芯片和DBC结构，也可包括电容和电感等其他组件；
第五、各基本功率变换单元内部功率芯片(比如图7中功率芯片55)产生的热量通过第二焊料层(如图7所示第二焊料层结构1002)、DBC结构(如图7中的上桥DBC结构309所示)、第一焊料层(如图7中结构1001所示)和液冷热沉板200传输到冷却液，并通过冷却液将热量吸收和传出液冷散热器(如图1中由液冷散热器腔体结构100和液冷热沉板200共同组成的结构)；以及
第六、各基本功率变换单元之间使用母排实现的互连，而母排是功率电极之间实现电气连接的线缆或者金属板结构。
高功率密度集成PCU模块各电路变换功能模组之间所用功率芯片不一定相同、基本功率变换单元内部功率芯片的并联数也不一定相同，多并联功率芯片对应的散热路径(如图7所示)之间的耦合程度也不尽相同，热量传输过程中在横向的扩展存在差别，因此，各芯片散热路径(如图8中向下的箭头所示)对应的有效横截面积会不一样，散热路径上相应的由液冷热沉板200的凸起结构(比如凸起结构210或者凸起结构230)和冷却液流动空间220中的冷却液的接触的面积会存在非常大的差别，所以高功率密度集成PCU模块各功率芯片从结到冷却液的热阻存在明显的差异性。这种独特的热阻(功率芯片到冷却液的热阻)特性不仅体现在不同的电路变换功能模组的功率芯片之间，也体现在同一个电路功能模组内部的同一功能变换单元的上桥和下桥的功率芯片之间。
PCU模块因高功率密度集成导致功率芯片热阻差异使得PCU模块传统的液冷设计无法低成本且有效的解决局部芯片的过热问题。如果以热阻最大的功率芯片为基准，按照传统的方法优化液冷参数，将会导致液冷参数过于苛刻、液冷成本大幅上升；如果过于放宽液冷参数设计标准，虽然降低了热冷成本，但又会导致功率芯片过热风险不可控，而且液冷参数的设计也无定量化的参考依据。因此，针对，高功率密度集成PCU模块的液冷散热不得不做差异化的优化设计，以降低PCU模块因高功率密度集成造成的芯片热阻差异导致的芯片过热风险。
PCU模块中功率芯片产生的热量传输到液冷热沉板结构200后，在液冷热沉板结构200和冷却液接触的界面进行热量的交换和传输，冷却液吸收热量的同时，随着自身的流动将热量带出液冷散热器。液冷热沉板结构200和冷却液的接触面积大小，以及冷却液的流动特性参数对热量的传输效果有较大的影响，因此，控制冷却液流动的液冷参数的优化、液冷热沉板结构和冷却液接触面积的优化，以及冷却液在冷却液流动空间220中流动性能的优化是PCU模块液冷设计的重要组成部分。
本发明所述一实施例中液冷散热器，包括冷却液、冷却液入口101、冷却液出口102、液冷散热器腔体100和液冷热沉板200，所述冷却液流动于由液冷散热器腔体和液冷热沉板形成的冷却液流动空间220中，由冷却液入口101进入液冷散热器，并由冷却液出口102流出液冷散热器；第一焊料层1001，位于液冷热沉板上表面；多个电路变换功能模组，位于第一焊料层上方，每个电路变换功能模组包括多个功率变换单元，包括：DBC结构，包括上桥DBC结构和下桥DBC结构；第二焊料层1002，位于DBC结构上表面；以及功率芯片，位于第二焊料层上表面，其中所述功率芯片产生的热量通过第二焊料层1002、DBC结构、第一焊料层1001和液冷热沉板200传输到冷却液，并通过冷却液将热量传出液冷散热器。
本发明一实施例所述的高功率密度集成PCU模块(如图5所示)中所述的多个电路变换功能模组包括第一电路变换功能模组M1、第二电路变换功能模组M2和第三电路变换功能模组M3，冷却液在冷却液流动空间中的流动路径为：冷却液由冷却液入口101进入液冷散热器后，先经过第一电路变换功能模组上桥DBC结构对应的冷却液流动空间，然后到达第二电路变换功能模组上桥DBC结构对应的冷却液流动空间，然后到达第三电路变换功能模组上桥DBC结构对应的冷却液流动空间，接着依次进入第三电路变换功能模组下桥DBC结构对应的冷却液流动空间、第二电路变换功能模组下桥DBC结构对应的冷却液流动空间和第一电路变换功能模组下桥DBC结构对应的冷却液流动空间，最后通过冷却液出口102流出液冷散热器。
电路变换功能模组上桥DBC结构是指某一个电路变换功能模组包含的所有基本功率变换单元中的上桥的DBC结构组成的结构，比如，图5所示的第一电路变换功能模组上桥DBC结构是指由基本功率变换单元10、基本功率变换单元11和基本功率变换单元12中的上桥DBC组成的结构。而电路变换功能模组下桥DBC结构是指某一个电路变换功能模组包含的所有基本功率变换单元中的下桥的DBC结构组成的结构，比如，图5所示的第一电路变换功能模组下桥DBC结构是指由基本功率变换单元10、基本功率变换单元11和基本功率变换单元12中的下桥DBC组成的结构。
本发明所述的高功率密度集成PCU模块中所述的液冷散热器设计包括三个方面，一是冷却液入口101和冷却液出口102的位置布局设计；二是液冷散热器腔体100和液冷热沉板200形成冷却液流动空间220的键合方法；三是由液冷散热器腔体100和液冷热沉板200密闭形成的连通的冷却液流动空间220的设计。
对于冷却液入口101和冷却液出口102的位置布局设计，可以是图1中所示的冷却液入口101和出口102在液冷散热器腔体100的同一侧的设计，也可以是冷却液入口101分布在液冷散热器腔体100的一侧(如图1中液冷散热器腔体100的左侧)而冷却液出口102分布在液冷散热器腔体100的另一侧(如图1中液冷散热器腔体100的右侧)的设计；还可以是冷却液入口101变换成冷却液出口而冷却液出口102变换成冷却液入口的位置相互对调的设计。
对于液冷散热器腔体100和液冷热沉板200形成密闭的连通的冷却液流动空间220的键合方法可以是使用螺钉固定的机械性质的压合，也可以是焊接后的一体成型，无论采用这两种的任何一种均属于本发明液冷散热腔体结构设计的一个特征。
对于由液冷散热腔体100和液冷热沉板200形成密闭的连通的流体空间，如图6和图8中所示的冷却液流动空间220所示。冷却液在冷却液流动空间220中流动，冷却液流动空间220的特征对冷却液的流动效率(所谓的流动效率是指冷却液快速流动的能力)和散热效果有直接的影响，而冷却液流动空间的特征又取决于液冷热沉板200深入冷却液流动空间的凸起结构的设计。
图9所示为本发明如图1所示的本发明一实施例的液冷热沉板200的结构设计示意图，液冷热沉板200伸入冷却液流动空间220的凸起结构由两种不同类型的结构组成，分别是长条状凸起结构210和柱状凸起结构230。图9中在功率芯片热阻差异较大的液冷热沉板200对应区域的凸起结构中将部分长条状凸起结构210替换成柱状凸起结构230以增大液冷热沉板结构200和冷却液的接触面积，从而降低对应功率芯片由结(功率芯片自身)到冷却液的热阻的差异。图9中双箭头2201为冷却液在PCU模块的上桥DBC结构所对应的流体空间220的流动方向示意，双箭头2202为冷却液在PCU模块的下桥DBC结构所对应的流体空间220的流动方向示意。
本发明所述的液冷热沉板凸起结构设计为解决PCU模块因高功率密度集成造成的芯片散热路径热特性差异性这一问题，其包括不同类型凸起结构组合的设计，以及为保证冷却液流动效率对由相邻的不同类型凸起结构以及冷却液流动空间220的设计。
不同类型凸起结构组合的设计中长条状凸起结构组成的阵列对有利于提高冷却液在冷却液流动空间的流动效率，而柱状凸起结构组成的阵列则有利于提高液冷热沉板结构200和冷却液的接触面积，降低热阻，同时也降低不同功率芯片之间的热阻的差异。本发明所述的不同类型凸起结构的组合设计在冷却液的流动效率和降低热阻差异上均有兼顾，液冷热沉板中长条状凸起结构210和柱状凸起结构230的布局特征为：
柱状凸起结构230在液冷热沉板的布局区域和功率芯片热阻较大的局部区域相对应，或者和同一电路变换功能模组内部功率芯片热阻差异较大的局部区域相对应；以及
长条状凸起结构210在液冷热沉板的布局区域和需要加快冷却液流动效率的冷却液流动空间的局部区域相对应。
图9所示的本发明一实施例所述的液冷散热器中所述的液冷热沉板柱状凸起结构230被布局与第一电路变换功能模组M1所对应的液冷热沉板局部区域中，并没有将与整个第一电路变换功能模组M1所对应的液冷热沉板的局部区域均布局为柱状凸起结构，但是对于将与整个第一电路变换功能模组M1所对应的液冷热沉板的局部区域均布局为柱状凸起结构230的设计也属于本发明所涵盖的设计，此外，对于将柱状凸起结构230布局到其他电路变换功能模组所对应的液冷热沉板局部区域的设计，同样也属于本发明所涵盖的设计。
图10所示为本发明如图9所示中虚线框2001标识的区域的放大示意图，图10中长条状凸起结构210和柱状凸起结构230的相邻区域已用方形虚线框2002和圆形虚线框2004标识出。如图10中箭头2201所示在圆形虚线框2004标识的区域，冷却液由柱状状凸起结构230分割的冷却液流动空间220流向由长条状凸起结构210分割的冷却液流动空间。长条状凸起结构210中与冷却液流动方向垂直且正对着柱状凸起结构230的面为面2101，而长条状凸起结构210平行于面2101的其他任意一横截面标记为2102。如图10中箭头2202所示在方形虚线框2002标识的区域，冷却液由长条状凸起210分割的冷却液流动空间流向由柱状凸起结构230分割的冷却液流动空间，此区域中长条状凸起结构210的设计圆形虚线框2201示意的长条状凸起结构设计一致。
图11为本发明如图10所示实施例中液冷热沉板200中所述的长条状突起结构210和柱状凸起结构230的相邻区域2002的平面图的局部放大示意图。图中平行的箭头2201所示方向为冷却液在区域2002所述的局部区域的的流动方向。
在本发明所述的高功率密度集成PCU模块中所述的液冷散热器中所述的液冷热沉板的设计中，为保证冷却液流动效率而采用的不同类型凸起结构的组合设计，以及不同类型凸起在相邻的局部区域(如图10中方形虚线框2002和圆形虚线框2004所示区域)的冷却液流动空间的设计所具有特征如下：
第一、如图10所述的长条状凸起结构210与冷却液流动方向垂直且正对柱状凸起结构230的面2101的面积小于长条状突起结构210在其他任意位置
(图10中标出的面2102)的横截面的面积，目的是便于冷却液在方形虚线框2002和圆形虚线框2004所示区域流动时不因界面的缺失和突变造成局部回流或者流动阻力增大。
第二、如图11所示的柱状凸起结构230构成的阵列的一个特征为：柱状凸起结构相互之间在与长条状凸起结构平行的方向(与箭头2201所示冷却液流动方向平行的方向)的间距d3不超过与长条状凸起结构垂直的方向(与箭头2201所示冷却液流动方向垂直的方向)的间距d2,即d3≤d2,这样的设计便于冷却液在冷却液流动空间220里流动时受到较少的阻力。
第三、如图11所示长条状凸起结构210构成的阵列和柱状凸起结构230构成的阵列的一个特征为长条状凸起结构210相互之间的间距d1不小于柱状凸起结构230相互之间的间距d2，即d2≤d1。
本发明一实施例所述的高功率密度集成PCU模块，功率芯片工作时产生的热量依次通过第二焊料层1002、DBC结构(比如上桥DBC结构309)、第一焊料层1001、液冷热沉板200传输到冷却液流动空间220中的冷却液，然后依靠冷却液的流动将热量从液冷出口102排出PCU模块，从而实现PCU模块的液冷散热。
冷却液在液冷散热器中的冷却液流动空间220的流动路径为：冷却液由冷却液入口101进入液冷散热器后，先经过电路变换功能模组M1的上桥所对应的冷却液流动空间，然后到达电路变换功能模组M2的上桥所对应的冷却液流动空间，然后到达电路变换功能模组M3的上桥所对应的冷却液流体空间，接着依次进入M3下桥所对应的液冷流体空间、M2的下桥所对应的液冷流体空间和M1下桥所对应的液冷流体空间，最后通过冷却液出口102流出。从而实现将功率芯片工作时产生的热量排除PCU模块的液冷散热器。
本发明一实施例的液冷散热器腔体100内部冷却液流动路径上的起始位置对应电路变换功能模组M1的上桥所对应的冷却液流动空间的局部区域，而终止位置对应电路变换功能模组M1的下桥所对应的冷却液流动空间的局部的区域，如图5所示。
电路变换功能模组的上桥是由电路变换功能模组中所有的基本功率变换单元的上桥所组成。冷却液流动路径上某一个电路变换功能模组的上桥在冷却液流动空间所对应的区域是指该电路变换功能模组上桥DBC结构在正下方的冷却液流动空间所对应的局部区域。比如图5中，冷却液流动路径上电路变换功能模组M1的上桥所对应的区域是指与功率电极10、11和12连接的上桥DBC结构在正下方的冷却液流动空间所对应的局部区域
同样的，电路变换功能模组的下桥是由电路变换功能模组中所有的基本功率变换单元的下桥所组成。冷却液流动路径上某一个电路变换功能模组的下桥在冷却液流动空间所对应的区域是指该电路变换功能模组下桥DBC结构在正下方的冷却液流动空间所对应的局部区域。比如图5中，冷却液流动路径上电路变换功能模组M1的下桥所对应的区域是指与功率电极13、14、15、16、17和18连接的下桥DBC结构在正下方的冷却液流动空间所对应的局部区域。
本发明所述的冷却液的液冷参数优化方法，其中所述冷却液的液冷参数包括冷却液在冷却液入口的流速和温度，其中所述的参考基准以PCU模块高功率密度集成导致的热阻参数不一致的特点为核心，其中所述的液冷参数设计方法是由一系列的计算步骤共同组成。
图12所示为本发明一实施例所述的冷却液的液冷参数设计的参考基准的示意图9000，其包含：第一、冷却液在冷却液流动空间220的最高温度低于冷却液自身的沸点；第二、功率芯片的最高结温低于芯片自身所允许的最高温度；第三、冷却液在冷却液流动空间220内的最高压力低于散热器腔体能够承受的最大压力或者低于某一个设定的值，该值可以为任意的一个认为设定的值；第四、同一电路变换功能模组内部上桥中结温最高的功率芯片仅与冷却液流动相关的温度累积减去下桥中结温最高的功率芯片仅与冷却液流动相关的温度累积的差值约等于零；以及，第五、第一功率芯片仅与冷却液流动相关的温度累积减去第二功率芯片仅与冷却液流动相关的温度累积的差值约等于零。
其中第一功率芯片是指PCU模块内冷却液流动路径起始位置附近紧挨着冷却液入口101的电路变换功能模组所对应的桥臂(桥臂指代上桥或者下桥)的功率芯片中结温最高的功率芯片，比如，如图5所示的本发明一实施例中的电路变换功能模组M1的上桥的功率芯片中结温最高的功率芯片。而第二功率芯片则是指PCU模块内冷却液流动路径终止位置附近紧挨着冷却液出口102的电路变换功能模组所对应的桥臂的功率芯片中结温最高的功率芯片，比如如图5所示的本发明一实施例中的电路变换功能模组M1的下桥的功率芯片中结温最高的功率芯片。
本发明所述冷却液的液冷参数包括冷却液在冷却液入口的流速和温度，所述液冷参数的设计方法包括：设置冷却液初始温度和初始流速；仿真PCU模块温度，得到PCU模块内部各功率芯片的结温；选取PCU模块内紧挨着冷却液入口的电路变换功能模组所对应的桥臂中的第一功率芯片的结温和紧挨着冷却液出口的电路变换功能模组所对应的桥臂中的第二功率芯片的结温；计算第一功率芯片从结到冷却液的热量传输路径上的温差和第二功率芯片从结到冷却液的热量传输路径上的温差；计算第一功率芯片仅与冷却液流动相关的温度累积和第二功率芯片仅与冷却液流动相关的温度累积；以及计算第一功率芯片仅与冷却液流动相关的温度累积和第二功率芯片仅与冷却液流动相关的温度累积的差值，当所述差值约为零时即输出冷却液最佳流速，否则提高冷却液流速后继续重复上述步骤。
本发明所述的液冷参数设计方法，其核心是PCU模块的温度仿真和基于热阻不一致特性的冷却液流速的一系列计算步骤组成的计算方法。液冷参数的优化设计过程中，获取PCU模块内部功率芯片的温度(结温)的仿真软件和方法不做特定的限制，也包括不使用仿真手段而直接使用测试方法得到功率芯片的结温。
图13所述为本发明一实施例的液冷参数计算方法示意图9100。液冷参数计算的具体步骤和方法为：
第一、PCU模块温度仿真开始时设置冷却液入口101处冷却液的初始温度Tinlet和初始流速V0；
第二、使用软件仿真PCU模块温度，得到模块内部各功率芯片对应的最高温度，功率芯片的这个最高温度也常被称为功率芯片的结温；
第三、选取紧挨着却液入口101的电路变换功能模组所对应的桥臂中结温最高的第一功率芯片；选取紧挨着冷却液出口102的电路变换功能模组所对应的桥臂中结温最高的第二功率芯片。例如，如图5所述的本发明一实施例中，紧挨着冷却液入口101的电路变换功能模组所对应的桥臂为M1的上桥，而紧挨着冷却液出口的电路变换功能模组所对应的桥臂为M1的下桥。第一功率芯片便是电路变换功能模组M1的上桥中结温最高的那个功率芯片，使用角标“i”表示第一功率芯片在M1上桥中的编号，那么第一功率芯片的结温为Ti_max,1；第二功率芯片便是电路变换功能模组M1的下桥中结温最高的那个功率芯片，使用角标“j”表示第一功率芯片在M1下桥中的编号，那么第二功率芯片的结温为Tj_max,2。
第四、计算第一功率芯片和第二功率芯片各自从结(功率芯片自身)到冷却液的热量传输路径上的温差，其中第一功率芯片的温差为T′i,1，第二功率芯片对应的温差为T′j,2。该温差和冷却液的流动造成的温度累积无关，其数值取决于功率芯片从结(功率芯片自身)到冷却液的热量传输流路径的热阻和功率芯片的发热功率P。发热功率P为第二步骤中仿真PCU模块温度时给功率芯片设定的发热功率，其中第一功率芯片的发热功率为Pi,1，第二功率芯片的发热功率为Pj,2。温差的计算公式如图13中第四步骤中的公式所示,对于第一功率芯片：T′i,1＝Pi,1×Rth_i,1其中Rth_i,1为第一功率芯片对应的从结到冷却液的热阻；对于第二功率芯片：T′j,2＝Pj,2×Rth_j,2，其中Rth_j,2为第二功率芯片对应的从结到冷却液的热阻。由于高功率密度集成，不同的功率芯片从结到冷却液的热阻会出现不一致的特性，因此，模块工作时，功率芯片从结到冷却液的温差即便在相同的发热功率的条件下也会出现不同。
第五、计算第一功率芯片仅与冷却液流动相关的温度累积ΔTi,1和第二功率芯片仅与冷却液流动相关的温度累积ΔTj,2。对于第一功率芯片而言，仅与冷却液流动相关的温度累积的计算公式为：ΔTi,1＝Ti_max,1-T′i,1-Tinlet；对于第二功率芯片而言，仅与冷却液流动相关的温度累积的计算公式为：ΔTj,2＝Tj_max,2-T′j,2-Tinlet；
第六、计算第一功率芯片仅与冷却液流动相关的温度累积(ΔTi,1)和第二功率芯片仅与冷却液流动相关的温度累积(ΔTj,2)的差值ΔT，计算公式为：ΔT＝ΔTi,1-ΔTj,2。如果差值ΔT远远小于零，则说明第二功率芯片仅与冷却液流动相关的温度累积ΔTj,2高于第一功率芯片仅与冷却液流动相关的温度累积ΔTi,1。也就是说在冷却液流动路径终止位置的电路变换功能模组所对应的桥臂中的功率芯片因冷却液较低的流速造成的额外的温升高于起始位置电路变换功能模组所对应的桥臂中的功率芯片的额外的温升。这意味着对于第一步骤中给定的冷却液初始温度(Tinlet)而言，设定的冷却液的初始流速(V0)过低。
在维持冷却液入口101处冷却液的初始温度Tinlet不变的前提下，为了改善模块的液冷散热，需要增加冷却液的初始流速。即，增加第一步骤中的初始流速V0，然后再按照图13所述的步骤和流程重新仿真和计算，至到第一功率芯片仅与冷却液流动相关的温度累积(ΔTi,1)和第二功率芯片仅与冷却液流动相关的温度累积(ΔTj,2)的差值(ΔT)约等于零。此时的冷却液流速和初始温度Tinlet相匹配，为冷却液在此温度下的最佳流速Vopt。
图13所述的液冷参数计算方法的讲述是基于本发明一实施例的中所述的液冷散热器腔体冷却液入口101和出口102在模块同一侧的设计，紧挨热冷散热器腔体冷却液入口101和出口102的电路变换功能模组是同一个。对于冷却液入口101和出口102不在液冷腔体同一侧设计，本计算方法也同样适用的，只需要在图13所述的计算步骤的第三步中找出冷却液入口101紧挨的电路变换功能模组所对应的桥臂中的第一功率芯片以及冷却液出口102紧挨的电路变换功能模组所对应的桥臂中的第二功率芯片，并在后续的计算步骤中做出相对应的调整。对于冷却液入口101和出口102在液冷腔体同一侧设计，但是冷却液入口和出口的位置刚好和本发明一实施例的对调的情况，即，冷却液入口101变成了102而冷却液出口102变成了101的情形，本计算方法也同样适用。
此外，同一电路变换功能模组内部上桥结温最高的功率芯片仅与冷却液流动相关的温度累积和下桥结温最高的功率芯片仅与冷却液流动相关的温度累积的计算可以参照图13所示的计算方法。图12中第四项针对PCU模块内部同一电路变换功能模组的液冷参数设计也是本发明液冷设计重要的组成部分，该项主要用于评估同一电路变换功能模组内部上桥和下桥功率芯片仅与冷却液流动相关的温度累积的差值。
本发明所述的液冷参数优化方法是基于本发明一实施例所述的PCU模块的得到的，但是本发明所述的液冷参数优化方法不仅仅限于本发明所述的PCU模块液冷散热结构设计，也包括其他类型的液冷散热结构设计。当然也本发明所述的液冷参数优化方法也可不依赖于具体的液冷散热结构，而仅仅是作为一种独立的液冷参数优化方法存在。
虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种高功率密度集成PCU模块，包括：
液冷散热器，包括冷却液、冷却液入口、冷却液出口、液冷散热器腔体和液冷热沉板，所述冷却液流动于由液冷散热器腔体和液冷热沉板形成的冷却液流动空间中，由冷却液入口进入液冷散热器，并由冷却液出口流出液冷散热器；
第一焊料层，位于液冷热沉板上表面；
多个电路变换功能模组，位于第一焊料层上方，每个电路变换功能模组包括多个基本功率变换单元，所述基本功率变换单元的电路拓扑结构为由上下两个桥臂串联组成的半桥拓扑结构，上桥臂或者下桥臂均包括DBC结构、第二焊料层、功率芯片、金属引线、功率电极，其中：
DBC结构，位于第一焊料层上表面；
第二焊料层，位于DBC结构的上表面；以及
功率芯片，位于第二焊料层上表面，其中所述功率芯片工作中产生的热量由功率芯片自身开始通过第二焊料层、DBC结构、第一焊料层和液冷热沉板传输到冷却液，并通过冷却液的流动将热量传出液冷散热器；所述功率芯片的热量不能被及时传出液冷散热器时功率芯片的温度将会升高并形成一个趋于稳定的温度，功率芯片此时的温度为结温；
所述结温与液冷散热器腔体冷却液入口处冷却液温度的差值为温度累积，所述温度累积包括与由功率芯片自身到冷却液的热量传输路径相关的温度累积、与冷却液流动相关的温度累积；
所述与由功率芯片自身到冷却液的热量传输路径相关的温度累积是指热量由功率芯片向冷却液传递的热量传输路径的热阻引起的温度累积；所述与冷却液流动相关的温度累积是指冷却液在冷却液流动空间里由液冷液入口向冷却液出口流动中因路径上存在来自于其他功率芯片的传输热量而引起的局部冷却液额外升温相关的温度累积；
所述同一个电路变换功能模组内部上桥臂中结温最高的功率芯片仅与冷却液流动相关的温度累积减去下桥臂中结温最高的功率芯片仅与冷却液流动相关的温度累积的差值约等于零；以及
第一功率芯片仅与冷却液流动相关的温度累积减去第二功率芯片仅与冷却液流动相关的温度累积的差值约等于零：所述第一功率芯片是指冷却液流动路径起始位置附近紧挨冷却液入口的电路变换功能模组所对应的桥臂中结温最高的功率芯片，所述第二功率芯片是指冷却液流动路径终止位置附近紧挨冷却液出口的电路变换功能模组所对应的桥臂中结温最高的功率芯片。
2.如权利要求1所述的PCU模块，其中各基本功率变换单元在第一焊料层上方平行布置，其底部基准均位于同一个平面内，该平面和第一焊料层的顶部平面为同一平面，各基本功率变换单元之间使用母排实现互联。
3.如权利要求1所述的PCU模块，其中所述液冷散热器还包括：液冷热沉板深入冷却液流动空间的长条状凸起结构和柱状凸起结构，其中长条状凸起结构相互之间的间距不小于柱状凸起结构相互之间的间距，长条状凸起结构和柱状凸起结构相邻的区域里长条状凸起结构与冷却液流动方向垂直且正对柱状凸起结构的面的面积小于长条状凸起结构中与该面平行的其他任意位置的横截面的面积，柱状凸起结构相互之间在与长条状凸起结构平行方向的间距不超过与长条状凸起结构垂直方向的间距。
4.如权利要求3所述的PCU模块，其中所述柱状凸起结构在液冷热沉板的布局区域和功率芯片热阻较大的局部区域相对应，或者和同一电路变换功能模组内部功率芯片热阻差异较大的局部区域相对应，所述长条状凸起结构在液冷热沉板的布局区域和需要加快冷却液流动效率的冷却液流动空间的局部区域相对应。
5.如权利要求1所述的PCU模块，其中
冷却液在冷却液流动空间的最高温度低于冷却液自身的沸点；
功率芯片的最高结温低于功率芯片自身所允许的最高温度；以及
冷却液在冷却液流动空间内的最高压力低于散热器腔体能够承受的最大压力或者低于某一个设定的值。
6.如权利要求1所述的PCU模块，其中所述冷却液的液冷参数包括冷却液在冷却液入口的流速和温度，所述液冷参数的设计方法包括：
设置冷却液初始温度和初始流速；
仿真PCU模块温度，得到PCU模块内部各功率芯片的结温；
选取PCU模块内紧挨着冷却液入口的电路变换功能模组所对应的桥臂中的第一功率芯片的结温和紧挨着冷却液出口的电路变换功能模组所对应的桥臂中的第二功率芯片的结温；
计算第一功率芯片仅与由功率芯片自身到冷却液的热量传输路径相关的温度累积和计算第二功率芯片仅与由功率芯片自身到冷却液的热量传输路径相关的温度累积；
计算第一功率芯片仅与冷却液流动相关的温度累积和第二功率芯片仅与冷却液流动相关的温度累积；以及
计算第一功率芯片仅与冷却液流动相关的温度累积和第二功率芯片仅与冷却液流动相关的温度累积的差值，当所述差值约为零时所对应的冷却液流速为冷却液最佳流速，否则提高冷却液流速后继续重复上述步骤。
7.如权利要求1所述的PCU模块，其中所述多个电路变换功能模组包括第一电路变换功能模组、第二电路变换功能模组和第三电路变换功能模组，冷却液在冷却液流动空间中的流动路径为：冷却液由冷却液入口进入液冷散热器后，先经过第一电路变换功能模组上桥DBC结构对应的冷却液流动空间，然后到达第二电路变换功能模组上桥DBC结构对应的冷却液流动空间，然后到达第三电路变换功能模组上桥DBC结构对应的冷却液流动空间，接着依次进入第三电路变换功能模组下桥DBC结构对应的冷却液流动空间、第二电路变换功能模组下桥DBC结构对应的冷却液流动空间和第一电路变换功能模组下桥DBC结构对应的冷却液流动空间，最后通过冷却液出口流出液冷散热器。
8.一种高功率密度集成PCU模块，包括：
液冷散热器，包括冷却液、冷却液入口、冷却液出口、液冷散热器腔体和液冷热沉板，所述冷却液流动于由液冷散热器腔体和液冷热沉板形成的冷却液流动空间中，由冷却液入口进入液冷散热器，并由冷却液出口流出液冷散热器，所述液冷散热器还包括液冷热沉板深入冷却液流动空间的长条状凸起结构和柱状凸起结构，其中长条状凸起结构相互之间的间距不小于柱状凸起结构相互之间的间距，长条状凸起结构和柱状凸起结构相邻的区域里长条状凸起结构与冷却液流动方向垂直且正对柱状凸起结构的面的面积小于长条状凸起结构中与该面平行的其他任意位置的横截面的面积，柱状凸起结构相互之间在与长条状凸起结构平行方向的间距不超过与长条状凸起结构垂直方向的间距；
第一焊料层，位于液冷热沉板上表面；
多个电路变换功能模组，位于第一焊料层上方，每个电路变换功能模组包括多个基本功率变换单元，基本功率变换单元的电路拓扑结构为由上下两个桥臂串联组成的半桥拓扑结构，上桥臂或者下桥臂均包括DBC结构、第二焊料层、功率芯片，其中：
所述DBC结构，位于第一焊料层上表面；
所述第二焊料层，位于DBC结构上表面；以及
所述功率芯片，位于第二焊料层上表面，其中功率芯片产生的热量通过第二焊料层、DBC结构、第一焊料层和液冷热沉板传输到冷却液，并通过冷却液将热量传出液冷散热器。
9.如权利要求8所述的PCU模块，其中所述柱状凸起结构在液冷热沉板的布局区域和功率芯片热阻较大的局部区域相对应，或者和同一电路变换功能模组内部功率芯片热阻差异较大的局部区域相对应。
10.如权利要求8所述的PCU模块，其中所述长条状凸起结构在液冷热沉板的布局区域和需要加快冷却液流动效率的冷却液流动空间的局部区域相对应。
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