CN101917835A - 电动汽车控制器大功率模块冷却结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动汽车控制器大功率模块冷却结构，包括至少一根热管和用于安设在大功率模块上的散热底板，热管具有内腔，内腔中具有相变材料，热管包括热管主体和至少一个延伸部，热管主体插设在散热底板中并与散热底板紧密接触，延伸部与热管主体连通并从热管主体向上延伸裸露出散热底板，较佳地，延伸部的数目为2，分别设置在热管主体的两端，热管主体水平插设在散热底板中，还包括辅助散热装置，辅助散热装置与延伸部配合设置用于将延伸部的热量导出，本发明的电动汽车控制器大功率模块冷却结构设计巧妙，提高了大功率模块散热性、稳定性和可靠性，从而提高了控制器性能，最终提高了整车性能，且结构简单，适于大规模推广应用。

Description

电动汽车控制器大功率模块冷却结构

技术领域

本发明涉及电动汽车驱动系统技术领域，特别涉及电动汽车电驱系统电机控制器技术领域，具体是一种电动汽车控制器大功率模块冷却结构。

背景技术

随着环保问题被社会越来越多的关注，燃油汽车被新能源汽车代替也成为大势所趋，纯电动汽车随即得到了前所未有的发展机遇。受电池能源供给的制约，电动汽车需要具有体积小、重量轻等特点。驱动电机控制器作为电动汽车主要动力源的控制部分，其性能直接影响整车性能，所以驱动电机控制器必须具有结构简单，体积小，质量轻，损耗小，效率高等特点，而体积小势必影响到电机控制器的散热，高温却会带来导致大功率模块受损，甚至烧毁的风险。

1、散热对大功率模块的影响

大功率模块在使用中，其散热即内部的温度情况是很重要的，如果散热差、温度高就会影响系统的正常运行，同时还会大大的缩短元器件的寿命。目前，为了降低温度确保元器件的工作正常和延长使用寿命，不得不放弃一些成熟的技术，如：电子集成技术、元件封装技术等，从而使得电子产品的成本增加。

2、现有大功率电子模块的散热方式

现在对于大功率电子模块常用的散热方式主要有如下两种：

(1)风冷：包括自然风冷(空气自然对流)和强迫风冷(加装风机)。

(2)水冷：以循环水作为媒介，需要配备相应的辅助设施。

表一：大功率电子模块常用两种散热器的比较

3、热管技术

热管是一种极低热阻的高效传热器件，但还从未在电动汽车驱动电机控制器上使用。热管技术是1963年美国LosAlamos国家实验室的G.M.Grover发明的一种称为“热管”的传热元件，它充分利用了热传导原理与致冷介质的快速热传递性质，透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，其导热能力超过任何已知金属的导热能力。热管技术以前被广泛应用在宇航、军工等行业。热管就是利用蒸发制冷，使得热管两端温度差很大，使热量快速传导。一般热管由管壳、吸液芯和端盖组成。热管内部是被抽成负压状态，充入适当的液体，这种液体沸点低，容易挥发。管壁有吸液芯，其由毛细多孔材料构成。热管一段为蒸发端，另外一段为冷凝端，当热管一段受热时，毛细管中的液体迅速蒸发，蒸汽在微小的压力差下流向另外一端，并且释放出热量，重新凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段，如此循环不止，热量由热管一端传至另外一端。这种循环是快速进行的，热量可以被源源不断地传导开来。

热管类型(按热管工作原理分)之一的重力热管工作原理：冷凝液籍助重力回流，优点：结构简单工作可靠。注意：1、必须工作在重力场；2、加热段必须位于放热段下。

因此，期望结合热管技术提供一种电动汽车控制器大功率模块冷却结构，以提高驱动电机控制器的散热性，最终提高整车性能。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种电动汽车控制器大功率模块冷却结构，该电动汽车控制器大功率模块冷却结构设计巧妙，提高了大功率模块散热性、稳定性和可靠性，从而提高了控制器性能，最终提高了整车性能，且结构简单，适于大规模推广应用。

为了实现上述目的，本发明的电动汽车控制器大功率模块冷却结构，其特点是，包括至少一根热管和用于安设在大功率模块上的散热底板，所述热管具有内腔，所述内腔中具有相变材料，所述热管包括热管主体和至少一个延伸部，所述热管主体插设在所述散热底板中并与所述散热底板紧密接触，所述延伸部与所述热管主体连通并从所述热管主体向上延伸裸露出所述散热底板。

较佳地，所述延伸部的数目为2，分别设置在所述热管主体的两端。

更佳地，所述延伸部设置在所述热管主体的两端后形成U形管。

较佳地，所述热管主体水平插设在所述散热底板中。

较佳地，所述散热底板具有通槽，所述热管主体安设在所述通槽中，且所述热管主体的外壁与所述通槽的槽壁紧密接触。

较佳地，所述散热底板是铝合金板。

较佳地，所述电动汽车控制器大功率模块冷却结构还包括辅助散热装置，所述辅助散热装置与所述延伸部配合设置用于将所述延伸部的热量导出。

更佳地，所述辅助散热装置是散热翅片，所述散热翅片套接在所述延伸部上。

更佳地，所述辅助散热装置是风扇，所述风扇朝向所述延伸部。

更佳地，所述辅助散热装置是水槽，所述延伸部至少部分浸在所述水槽中。

本发明的有益效果在于：

1、本发明通过安设在大功率模块上的散热底板将大功率模块的热量传递给插设在散热底板中并与散热底板紧密接触的热管主体，热管主体内的相变材料受热开始汽化，携带汽化所吸收的热量从热管主体传导到从热管主体向上延伸的延伸部，在延伸部受冷液化并释放出汽化潜热，同时液化的液体在重力作用下流到受热部即热管主体继续下一个循环，设计巧妙，提高了大功率模块散热性、稳定性和可靠性，从而提高了控制器性能，最终提高了整车性能，且结构简单，适于大规模推广应用。

2、本发明的所述热管的热管主体插设在所述散热底板中并与所述散热底板紧密接触，有利于从大功率模块吸收热量，从而将大功率模块内部的热量迅速导出，从而提高大功率模块散热性、稳定性和可靠性，最终提高了控制器性能，且结构简单，适于大规模推广应用。

3、本发明的延伸部可以配合设置辅助散热装置，以强化传热，进一步提高本发明的电动汽车控制器大功率模块冷却结构的冷却效果，从而提高大功率模块散热性、稳定性和可靠性，最终提高了控制器性能，且结构简单，适于大规模推广应用。

附图说明

图1是本发明的电动汽车控制器大功率模块冷却结构的一具体实施例的立体示意图。

图2是图1所示的具体实施例的主视示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明，其目的仅在于更好理解本发明的内容而非限制本发明的保护范围。

请参见图1～2所示，本发明的电动汽车控制器大功率模块冷却结构包括至少一根热管3和用于安设在大功率模块1上的散热底板2，所述热管3具有内腔(未标出)，所述内腔中具有相变材料4，所述热管3包括热管主体6和至少一个延伸部7，所述热管主体6插设在所述散热底板2中并与所述散热底板2紧密接触，所述延伸部7与所述热管主体6连通并从所述热管主体6向上延伸裸露出所述散热底板2。请参见图1所示，在本发明的具体实施例中，所述电动汽车控制器大功率模块冷却结构包括11根热管3。

所述延伸部7的数目可以任意，还可以设置在热管主体6的任何位置。较佳地，所述延伸部7的数目为2，分别设置在所述热管主体6的两端。请参见图2所示，在本发明的具体实施例中，所述延伸部7设置在所述热管主体6的两端后形成U形管。

所述热管主体6可以以任意方位插设在所述散热底板2中，例如水平插设、倾斜插设、甚至竖直插设，优选水平插设。请参见图2所示，在本发明的具体实施例中，所述热管主体6水平插设在所述散热底板2中。

请参见图2所示，在本发明的具体实施例中，所述散热底板2具有通槽(未标出)，所述热管主体6安设在所述通槽中，且所述热管主体6的外壁与所述通槽的槽壁紧密接触以达到良好的热传导。

所述散热底板2可以由任何合适的导热材料制成。请参见图1和2所示，在本发明的具体实施例中，所述散热底板2是铝合金板。

较佳地，所述电动汽车控制器大功率模块冷却结构还包括辅助散热装置5，所述辅助散热装置5与所述延伸部7配合设置用于将所述延伸部7的热量导出。例如，所述辅助散热装置5是风扇，所述风扇朝向所述延伸部7。或者，所述辅助散热装置5是水槽，所述延伸部7至少部分浸在所述水槽中。请参见图2所示，在本发明的具体实施例中，所述辅助散热装置5是散热翅片，所述散热翅片套接在所述延伸部7上。

所述相变材料4可以是任何合适的相变材料，可根据需要选择，例如对于IGBT大功率模块，热管3内的相变材料4可以为蒸馏水，从而将IGBT大功率模块的温度控制在40℃左右。

本发明使用时，将大功率模块1安装在散热底板2的底部(表面最好有一定光洁度要求，以便更好地增大大功率模块与散热底板间的接触面积)，可以采用任何合适的方式，比如可以通过螺丝连接，如图1和2所示。工作时，大功率模块1在驱动过程中产生热量，通过散热底板2将热量传递给与其紧密接触的热管主体6，达到一定温度后热管主体6中的相变工质(即相变材料4)吸收热量发生相变，工质吸热后以蒸发和沸腾的形式转变为蒸汽，蒸汽在压差作用下上升到放热部——U形的热管3的两端(即延伸部7)，遇冷凝结成液体并放出汽化潜热，由散热翅片将热量带走，冷凝液依靠重力会流到受热部——U形的热管3的底部(即热管主体6)，由于热管3内部抽成真空，所以，工质极易蒸发与沸腾，热管3启动迅速，热管3在U形两端均装设散热翅片，以强化传热。以此形成散热、导热循环，来达到将大功率模块1的热量导出的目的，从而可以避免高温导致大功率模块1受损，甚至烧毁的影响。

由传热学知识可知，增加散热面积就以为在宽度变化不大的情况下要增加翅片的长度，然而一味的增加翅片的长度不但不会增大散热空间还会造成翅片肋的效率降低，从而降低散热效果。

如果只是通过增加翅片的长度或者减小翅片的厚度来增加实际的散热面积，就有可能使得肋效率降低。因此，传统的散热器存在着散热极限的问题，在电子元件散热量急速增加的时期已经不能满足市场要求。

而对于本发明来说就不存在散热极限的问题，使用本发明的元器件其绝大部分热量都是通过铝合金板传递到热管3，由热管3将热量带到散热翅片，使得分配到各个翅片的热流密度平均，肋长比较短，肋效率高，有效散热面积大，布置比较灵活，可以将热量通过热管3带到更加合适的地方散热，使得本发明不但能够胜任高热流密度电子元器件，还可以适应复杂恶劣的运行环境。

将热管技术运用其中，能达到更好的散热条件，保证电子产品内部工作条件，延长产品寿命。特别是将热管技术成功地运用到IGBT大功率模块中，克服了为延长元器件寿命而放弃的很多成熟、高效的技术，提高了元器件的散热量，使产品在满足寿命要求的同时也能安全、稳定的运行。

综上，本发明的电动汽车控制器大功率模块冷却结构设计巧妙，提高了大功率模块散热性、稳定性和可靠性，从而提高了控制器性能，最终提高了整车性能，且结构简单，适于大规模推广应用。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以做出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (10)

1.一种电动汽车控制器大功率模块冷却结构，其特征在于，包括至少一根热管和用于安设在大功率模块上的散热底板，所述热管具有内腔，所述内腔中具有相变材料，所述热管包括热管主体和至少一个延伸部，所述热管主体插设在所述散热底板中并与所述散热底板紧密接触，所述延伸部与所述热管主体连通并从所述热管主体向上延伸裸露出所述散热底板。

2.根据权利要求1所述的电动汽车控制器大功率模块冷却结构，其特征在于，所述延伸部的数目为2，分别设置在所述热管主体的两端。

3.根据权利要求2所述的电动汽车控制器大功率模块冷却结构，其特征在于，所述延伸部设置在所述热管主体的两端后形成U形管。

4.根据权利要求1所述的电动汽车控制器大功率模块冷却结构，其特征在于，所述热管主体水平插设在所述散热底板中。

5.根据权利要求1所述的电动汽车控制器大功率模块冷却结构，其特征在于，所述散热底板具有通槽，所述热管主体安设在所述通槽中，且所述热管主体的外壁与所述通槽的槽壁紧密接触。

6.根据权利要求1所述的电动汽车控制器大功率模块冷却结构，其特征在于，所述散热底板是铝合金板。

7.根据权利要求1所述的电动汽车控制器大功率模块冷却结构，其特征在于，所述电动汽车控制器大功率模块冷却结构还包括辅助散热装置，所述辅助散热装置与所述延伸部配合设置用于将所述延伸部的热量导出。

8.根据权利要求7所述的电动汽车控制器大功率模块冷却结构，其特征在于，所述辅助散热装置是散热翅片，所述散热翅片套接在所述延伸部上。

9.根据权利要求7所述的电动汽车控制器大功率模块冷却结构，其特征在于，所述辅助散热装置是风扇，所述风扇朝向所述延伸部。

10.根据权利要求7所述的电动汽车控制器大功率模块冷却结构，其特征在于，所述辅助散热装置是水槽，所述延伸部至少部分浸在所述水槽中。

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