问题——功率半导体“热边界”制约系统可靠性与效率提升。 在新能源汽车电驱、充电设施、工业变频及数据中心电源等场景中，功率半导体器件长期处于高频开关与大电流工况。结温作为反映芯片内部热应力的关键指标，直接关系到器件寿命、系统效率和安全裕度。但在实际应用中，结温难以直接测量，工程上多通过外壳温度或散热器温度推算。在瞬态负载变化、冷却条件波动、器件热分布不均等情况下，传统估算容易出现滞后和偏差，进而影响控制策略与保护阈值的设定。 原因——测量点与真实热源存在“距离”，且冷却液温度并非稳定已知。 从热传导路径看，热源位于芯片结区，而传感器通常布置在模块附近或冷却回路位置，之间跨越不同材料、界面与结构，导致温差关系和动态响应不易稳定复现。同时，冷却液温度会随泵速、流量、换热器效率及环境温度变化而波动，难以作为固定边界条件使用。一旦边界条件估计不准，结温推算的系统性偏差会被放大，在高功率密度和快速动态工况下尤为明显。 影响——精确结温估算有望提升保护“及时性”和控制“精细度”。 专利摘要显示，博世此次申请的方案围绕“损耗功率—热模型—冷却液边界”展开：一是基于功率半导体器件的功率损耗模型，获取损耗功率的稳态与动态数据；二是分别标定第一热力学模型的稳态参数和动态参数，用于估算NTC热敏电阻温度相对于冷却液温度的温差；三是结合测得的NTC实际温度与该温差估算，引入负反馈调节得到冷却液估算温度；四是再标定第二热力学模型的稳态与动态参数，用于估算结温相对于冷却液温度的温差；五是结合冷却液估算温度与各器件损耗功率，分别输出各功率半导体器件的结温估算值。 业内人士认为，该思路的关键在于将“冷却液温度”由单次传感读数变为可校正、可跟踪的估计量，并把结温估算细化到“器件级”。在模块内部存在热不均时，这有助于实现差异化限流、功率分配与保护，在性能释放与可靠性之间取得更好的平衡。 对策——以模型标定与闭环校正提高可用性，强化工程落地条件。 从工程实现角度看，结温估算的准确性不仅取决于模型形式，也取决于标定数据覆盖范围以及在线适配能力。该方案将稳态与动态参数分开标定，把不同时间尺度的热行为拆分处理，便于同时兼顾长期热平衡与短时热冲击。引入负反馈调节，也有助于抑制模型偏差带来的漂移，使冷却边界估计更稳定。 同时，应用落地仍需关注：其一，损耗模型对开关频率变化、器件老化、制造离散性的适配能力；其二，NTC布置位置与热耦合路径差异对估算一致性的影响；其三，冷却回路在极端工况下的气阻、流量波动等非理想因素是否被模型充分覆盖。这些因素将直接影响方案在不同平台、不同结构之间的迁移成本与校准周期。 前景——功率密度持续攀升，热管理将从“保护”走向“预测与优化”。 随着碳化硅等新型功率器件加速应用，系统开关频率提高、体积缩小、功率密度上升，热管理正从被动散热转向主动控制。面向整车与工业装备的下一阶段竞争，更多将体现在热—电耦合控制能力上，包括结温预测、寿命评估与安全裕度的动态分配。将冷却边界纳入可估计变量、并实现器件级结温分辨率的思路，契合行业对“可解释、可在线更新”热模型的需求。若与控制器策略协同，还可支持更精细的功率限值调度、故障前兆识别以及运行成本优化。
从内燃机时代到电动化转型，热管理始终是影响装备性能与可靠性的关键因素；博世此次创新不仅为功率半导体的安全运行提供了新的实现路径，也指向更智能的温度调控方向——通过算法模型与物理传感的结合，提高能源效率并增强系统可靠性。围绕“可估计边界”和“器件级结温”的方法，或将推动下一代电力电子系统在控制策略与热管理能力上的竞争再度升级。