浅析新能源汽车BMS设计中PCB散热设计

印制电路板（PCB）是新能源汽车电源管理系统（BMS）的载体，由于大电流要求以及模具尺寸限制，导致PCB散热面临严峻挑战。

大电流产生的热量使系统内部温度急剧升高，若散热不及时，超过元器件的额定温度，元件的绝缘性降低，可靠性下降，使用寿命缩短。所以对于BMS设计来说，PCB的散热设计是非常有必要的。

简单看一下这块板子的热区分布（20A/10min）：

从图中看出，PCB的热区主要分布在大电流回路上，其他区域的热量主要是受到大电流回路的热辐射影响。而其中最高温度在检测电阻，其次是电子线和MOS区域，最后是其他区域。

再来看下不同大小电流下的热区分布（10min）：

如图所示，在一定的时间内，相同的坏境与条件下，同一PCB温升随电流增大而增大。

不同时间的温升情况（20A）：

由图六、七、八对比看，在一定时间内（温升和散热达到平衡之前），热量是随着时间的上升而升高的。图八、九则可以看到温度达到平衡后热量开始在板子低温区辐射开来，最小值由原来的30.8℃升到了38.4℃。

如何来改善PCB的散热问题？散热方式主要有对流，辐射，热传导。需要涉及到材料的选择以及布局。

而BMS设计首先得对方案做评估，选择相应的器件，确定PCB本身的铜厚。通过计算功率：P=UI=IR，根据电流再选择相应的检测电阻和功率器件。MOS在最佳开启电压时内阻最小，随着电流增大，阻值受热也增大，热量会急剧上升。

MOSRDS/ID变化曲线

PCB布板时，发热区隔离通过分区域布板、开槽等方式达到，千万不能集中在一块，还可以通过镍块、铜块等方式将电流更好的疏导。

散热方式，主要利用的就是传导散热。PCB设计中主要用到的散热材料是散热片。散热片的的散热面积越大越好，而PCB与散热片的连接方式有很多种，有导热硅脂，导热硅胶垫作为传热媒介（需要考虑导热系数），MOS直接锁在散热片上等——越直接效果越好。

由于绝大多数PCB的环境偏密封，散热性能有限，所以对于某些金属外壳的箱体，可以将热量直接导到箱体上。