CN106601705A - 液冷结构 - Google Patents

Abstract

本发明创造设计了一种适用于汽车级电机控制器散热的冷却结构，该结构采用了上下双层流道结构，并在进出水口处设计了一种分流结构，从而实现了结构紧凑、散热效率高、装配难度小等设计目的。特别需要说明的是，本发明创造的设计目的虽然是解决汽车级电机控制器的散热问题，但本发明创造的技术方案同样可以适用于其它需要散热的结构上。

Description

液冷结构

技术领域

本发明创造涉及机械构件的技术领域，具体说是一种用于汽车级电机控制器内部散热的液冷结构。

背景技术

电机控制器（MCU）的主要作用是对电池电源发出的直流电流进行调控，转换为符合需求的三相交流电，从而对驱动电机进行控制，实现相应的驾驶目的。对于汽车级的电机控制器而言，其通过的电流是很大的，特别是和输出三相接口相连接的绝缘栅双极型晶体管模块（IGBT模块），作为调控输出电流的主要部件，具有很大的发热量，如果不能及时将热量发散出去，过高的温度会导致IGBT模块失效，对于高速行驶的汽车而言，动力系统操控失灵将威胁驾驶人和乘客的带人身财产安全。因此，有必要围绕IGBT模块设计相应的冷却结构，使IGBT具备良好的散热效果，从而维持在正常的工作温度范围内。

我们对现有技术进行了考察，液冷结构由于其成本低、效率高而被广泛使用，从整体结构上来看，适用于IGBT模块的液冷结构可以大致划分为三大类别：

第一、单流道模式，例如，中国专利，电机控制器散热结构，公开号：CN 205161005 U，公开了一种电机控制器散热结构，包括:用于散热的水冷板、芯片、带有安装槽的PCB板、散热器，所述水冷板、所述芯片、所述PCB板、所述散热器从下至上依次层叠设置，用于对作为发热源的所述芯片散热。这一类型的技术方案在结构上限制比较大，由于要保证冷却效率，因此，其进出液口需要在结构的两侧，不能适应进出液口在结构同侧的外部安装结构。

第二、单流道复合U型模式，例如，中国专利，一种柱状锂离子电池组高效水冷散热装置，公开号：CN 106025437 A，公开了一种柱状锂离子电池组水冷散热装置，包括入水口、出水口以及水冷夹套，其特征在于：还包括传热管，所述传热管与设置在所述水冷夹套上的冷却孔套接，所述的水冷夹套内设置有循环流腔以及隔流板，所述隔流板连接所述冷却孔侧壁外侧，所述循环流腔被所述导流壁分隔成多个用于决定流体循环方向的导向流道以及用于延长流体循环时间的延时流道，所述的导向流道与所述的延时流道间隔设置且互相联通。这一类型的技术方案相对于第一类方案虽然实现了进出液口同侧，但，对于IGBT模块的结构有一定的要求，特别是一些具有散热齿结构的IGBT模块，其散热齿需要能和流道的设计结构相配合才能使用，对于工艺水平要求较高，且在装配过程中容易造成散热齿的弯折、损坏。

此外，对于单流道复合U型模式，其均匀散热和冷却效率也是需要面对的问题。

就均匀散热而言，进液口附近的散热齿由于冷却液温度低，散热效果好，而出液口附近的散热齿由于冷却液温度高，散热效果差，进出液口同侧将带来进液口和出液口附近的散热齿相邻较近但散热效果相差较大，从而出现区域范围内的大温差，容易影响IGBT模块的正常工作甚至对IGBT模块造成损害。

就冷却效率而言，由于进出液口相邻较近且温度相差较大，如果流道隔板采用了隔热材料，那么不仅在装配和制造工艺方面增加了难度（流道隔板和散热结构的材料不同，其制造、组装都是新问题），而且增加了成本（材料成本、装配成本）；如果流道隔板不采用隔热材料，冷却液在进出液口附近将会通过流道隔板直接发生热传递，进液口附近的冷却液相当于要对出液口附近的冷却液进行冷却，而出液口的冷却液实际上已经不参与散热冷却工作了，从而降低了冷却效果。

第三、双流道模式，例如，中国专利，液冷散热器，公开号：CN 201204783Y，公开了一种液冷散热器，用于与安装在其上的功率模块进行热交换，包括良导热散热主体，在所述散热主体内至少设有分层排列的、并串联连接的两层流道;串联连接后的流道包括有进液口和出液口。通过分层排列并串联连接的两层流道，实现了散热器双面安装应用。但是涉及汽车级IGBT模块，出液口一侧的IGBT模块由于冷却液液温较高，散热效率低，相对于常规的冷却结构而言，这一面需要设计更有效的冷却流道结构才能满足需要；如果考虑到整体散热效率的问题，还需要在进液口一侧设计一些结构降低散热效率，这样才能在满足出液口一侧IGBT模块散热需求的同时，保证出液口的冷却液温度不至于太低，散热结构整体效率符合需求。但，这样做会导致成本增加，可用性降低。

同时，由于IGBT非散热面一般接驱动板，驱动板由印刷电路板和一些板上的电子元件构成，双流道模式会导致冷却结构两侧都是电子电路结构，这在装配上会带来极大的困难和问题，装配过程中，无论是放置、还是和电机控制器内的其它部件组装，都需要专门的工装，而且容易带来部件的损坏。

发明创造内容

本发明创造的目的是针对现有技术中的不足，设计一款用于有齿IGBT模块散热的液冷结构，该液冷结构支持同侧进出冷却液，能解决现有技术中散热不均匀、冷却效率低的问题，同时，相对于现有技术更适合工业装配生产。

一种液冷结构， 包括支撑架和封闭板，支撑架的一面设有槽并口和封闭板之间密封配合；

所述的支撑架的中部设有分隔板，封闭板的一端设有分流桥，分隔板的一端和分流桥的桥面之间密封配合，分隔板的另一端和支撑架之间设有循环通口，分隔板和分流桥的桥面将支撑架和封闭板之间的空间分割为第一流道和第二流道，第一流道和第二流道通过循环通口串联连通；

封闭板上设有第一进出液口和第二进出液口，第二进出液口和第二流道连通；

分流桥中设有引流通道，引流通道的一端在分流桥的桥面和第一流道相连通，引流通道的另一端和第一进出液口相连通。

优选的，可以采用如下技术方案：

分流桥和封闭板一体成型；或者分流桥包括桥柱和桥面，桥柱和封闭板一体成型，桥面固定在桥柱上。

前者的优势在于装配工艺简单，后者的优势在于生产工艺简单，报废率低。

支撑架一体成型。

进一步优选的，就不同散热位置和散热需求，可以选用如下技术方案：

当我们将第一流道作为冷却流道时：

第一进出液口设置在封闭板设有分流桥的一端，引流通道在分流桥桥面的开口位于分流桥和分隔板共同的中轴线上。

支撑架上设有冷却槽口，冷却槽口可供带有散热齿结构的散热器件插入。

当散热器件设置在液冷结构的上部时，所述的第一进出液口为出液口，冷却液经第二进出液口进入液冷结构，经过第二流道，到达第一流道对附着在支撑架上的散热器件进行冷却，工作后的冷却液通过引流通道，到达第一进出液口后排出。

当我们将第二流道作为冷却流道时：

第二进出液口设置在封闭板设有分流桥的一端且位于封闭板的中轴线上。

封闭板上设有冷却槽口，冷却槽口可供带有散热齿结构的散热器件插入。

当散热器件设置在液冷结构的上部时，第二进出液口为出液口，冷却液经第一进出液口，穿过引流通道，到达第一流道，再进入第二流道对附着在封闭板上的散热器件进行冷却，工作后的冷却液达到第二进出液口后排出。

再进一步优选的，为了更好地提升液冷结构在装配工艺上的优势，还可以选用如下技术方案：

支撑架和封闭板之间可采用螺栓、粘合、熔焊等方式中的一种或多种组合进行固定。

第一进出液口和第二进出液口处设有不少于一层的密封圈，用来保证第一进出液口和第二进出液口与外界冷却液循环系统之间的密封配合。

为了进一步提升液冷结构的装配便捷性，我们在支撑架上还设有工艺柱，用于在进行加工安装时，工装的固定。

当分流桥的桥面和桥柱不是一体成型时，分流桥的桥面和桥柱之间也可以采用螺栓、粘合、熔焊等方式中的一种或多种组合进行固定。

有益效果：

1、相对于背景技术中所描述的单通道模式，本发明创造所涉及冷却结构具备位于结构同侧进出液口，满足设计生产的需要。

2、相对于背景技术中所描述的单流道复合U型模式，本发明创造散热均匀，避免了局部大温差的出现。

3、相对于背景技术中所描述的双流道模式，本发明创造的成本更低，工艺装配更简单，废品率更小。

4、此外，在对进出液进行分离时，本发明创造专门设计了分流槽和分流桥，从而在一个结构上实现了进出冷却液的区分，相对于现有技术中的进出双管架构，结构更紧凑。

附图说明

图1是本发明创造的液冷结构的半俯视示意图。

图2是本发明创造的液冷结构的半仰视示意图。

图3是本发明创造的液冷结构的切面示意图，其中切面通过第一进出液口。

图4是本发明创造的液冷结构的切面示意图，其中切面位于第一进出液口和第二进出液口之间。

图5是本发明创造的支撑架的半仰视示意图。

图6是本发明创造的封闭板的半俯视示意图。

图中标号说明：

1、支撑架；2、封闭板；3、冷却槽口；4、分隔板；5、循环通口；

6、分流桥；6-1、桥面；6-2桥柱；

7、第一流道；8、第二流道；9、第一进出液口；10、第二进出液口；11、引流通道；12、工艺柱。

具体实施方式

我们选取了常用的一个工作模式状态作为实施例进行描述，在本实施例中，待散热器件为IGBT模块。

我们将IGBT模块相对于液冷结构所在的方向设为上方，将分流桥6或进出液口所在的方向设为左方，其它方形依次类推。

液冷结构， 包括支撑架1和封闭板2，支撑架1的底部设有槽口，槽口方向向下，支撑架1的槽口和封闭板2之间密封配合，并采用螺栓、粘合、熔焊等方式中的一种或多种组合进行固定。

支撑架1的内部中空，其上表面设有冷却槽口3，IGBT模块的下表面和支撑架1的上表面之间密封配合，IGBT模块的下表面设有散热齿，散热齿探入支撑架1内。

支撑架1的中部设有分隔板4，分隔板4的前后两端和支撑架1固定，分隔板4的左端和支撑架1之间留有一长方形通口，我们将之命名为循环通口5。

封闭板2的左端设有分流桥6，分流桥6桥面6-17的右端和分隔板4的左端密封配合，分流桥6桥面6-17的其它边缘和支撑架1的内侧密封配合。

通过分流桥6加分隔板4的结构，将支撑架1和封闭板2之间的空间进行上下分层，上层设为第一流道7，下层设为第二流道8，第一流道7和第二流道8之间通过循环通口5串联连通。

封闭板2的底部开有第一进出液口9和第二进出液口10。

其中，第一进出液口9设置在分流桥6的桥底，且位于封闭板2的中轴线上，分流桥6的桥面6-17上设有引流通口，引流通口的位置位于分流桥6桥面6-17和分隔板4共同的中轴线上，且和第一进出液口9相对应，第一进出液口9和引流通口之间设有引流通道11，这样，第一流道7在密封状态下，穿过第二流道8和第一进出液口9相连通。

第二进出液口10设在第一进出液口9的一边，并和第二流道8直接连通。

实际工作时，我们一般采用所述的第一进出液口9为出液口，冷却液经第二进出液口10进入液冷结构，经过第二流道8，到达第一流道7对附着在支撑架1上的散热器件进行冷却，工作后的冷却液通过引流通道11，到达第一进出液口9后排出。

当然，也可以将第一进出液口9作为进液口，第二进出液口10作为出液口进行工作，这样冷却液在液冷结构中相对于上一段描述的工作模式是反向的；这样的工作模式存在两个问题：

第一、冷却液在完成冷却工作后，要经过一个比较长的回流路径，在这一路径中，如果分隔板4采用的是导热较好的材质，那么完成工作的冷却液就会不断利用正在工作的冷却液进行冷却，产生的问题就是当冷却液流出时其温度大大低于可接受最高温度，这样实际上是一种浪费；

第二、如果冷却液在进入液冷结构时有一个较快的流速，那么很可能在液冷机构中的气体没有被完全排出的情况下，冷却液就充满了液冷结构，那么这部分未排出的气体就会明显占用液冷结构中的空间，对冷却效果产生影响。

在各部件的生产加工过程中，分流桥6和封闭板2可以是一体成型；也可是分流桥6包括桥柱6-2和桥面6-17，桥柱6-2和封闭板2一体成型，桥面6-17固定在桥柱6-2上；针对后一种方式，分流桥6的桥面6-17和桥柱6-2之间也可以采用螺栓、粘合、熔焊等方式中的一种或多种组合进行固定，桥面6-17的材质也可以选用隔热效果好的材料，以提升工作效率。

上述两种部件的加工方式，前者的优势在于装配工艺简单，但是由于封闭板2上存在分流桥6这一结构，其生产过程比较复杂，报废率会比较高；而后者的优势在于生产工艺简单，报废率低，但相应的，在装配工序上，会增加固定桥面6-17这一步骤。

一般地，支撑架1一体成型。

一般地，第一进出液口9和第二进出液口10处均设有一个或两个密封圈，用来保证第一进出液口9和第二进出液口10与外界冷却液循环系统之间的密封配合。

为了进一步提升液冷结构的装配便捷性，我们在支撑板上还设有工艺柱12，用于在进行加工安装时，工装的固定。

除了附图中实施例展示的情况外，也可以将第二流道8作为冷却流道，将散热器件设置在液冷结构的上部，对应的，第二进出液口10设置在封闭板2设有分流桥6的一端且位于封闭板2的中轴线上。

封闭板2上设有冷却槽口3，冷却槽口3可供带有散热齿结构的散热器件插入。

第二进出液口10为出液口，冷却液经第一进出液口9，穿过引流通道11，到达第一流道7，再进入第二流道8对附着在封闭板2上的散热器件进行冷却，工作后的冷却液达到第二进出液口10后排出。

特别的，如果在外部结构工装设计方面有需求的话，例如在外部的液冷系统要求进液口在冷却结构的底部、左侧、右侧等其它位置时，可以对进液口的位置进行调整。

特别的，本发明创造的设计初衷虽然是围绕汽车级电机控制器的散热需求，但设计完成的方案不仅仅适用于电机控制器，对于其它器件，特别是功率器件结构，如DCDC、DCAC、ACDC等均适用。

以上对本发明创造所提供的技术方案进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明创造的限制，凡依本发明创造设计思想所做的任何改变都在本发明创造的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种液冷结构，其特征在于：

包括支撑架和封闭板，支撑架的一面设有槽口并和封闭板之间密封配合；

所述的支撑架的中部设有分隔板，封闭板的一端设有分流桥，分隔板的一端和分流桥的桥面之间密封配合，分隔板的另一端和支撑架之间设有循环通口，分隔板和分流桥的桥面将支撑架和封闭板之间的空间分割为第一流道和第二流道，第一流道和第二流道通过循环通口串联连通；

封闭板上设有第一进出液口和第二进出液口，第二进出液口和第二流道连通；

分流桥中设有引流通道，引流通道的一端在分流桥的桥面和第一流道相连通，引流通道的另一端和第一进出液口相连通。

2.根据权利要求1所述的液冷结构，其特征在于：分流桥和封闭板一体成型。

3.根据权利要求1所述的液冷结构，其特征在于：分流桥包括桥柱和桥面，桥柱和封闭板一体成型，桥面固定在桥柱上。

4.根据权利要求1、2或3所述的液冷结构，其特征在于：支撑架一体成型。

5.根据权利要求4所述的液冷结构，其特征在于：所述的第一进出液口设置在封闭板设有分流桥的一端，引流通道在分流桥桥面的开口位于分流桥和分隔板共同的中轴线上。

6.根据权利要求5所述的液冷结构，其特征在于：支撑架上设有冷却槽口，冷却槽口可供带有散热齿结构的散热器件插入。

7.根据权利要求4所述的液冷结构，其特征在于：所述的第二进出液口设置在封闭板设有分流桥的一端且位于封闭板的中轴线上。

8.根据权利要求7所述的液冷结构，其特征在于：封闭板上设有冷却槽口，冷却槽口可供带有散热齿结构的散热器件插入。

9.根据权利要求5或6的液冷结构，其特征在于：所述的第一进出液口为出液口，第一流道为冷却流道，冷却液经第二进出液口进入液冷结构，经过第二流道，到达第一流道对附着在支撑架上的散热器件进行冷却，工作后的冷却液通过引流通道，到达第一进出液口后排出。

10.根据权利要求7或8的液冷结构，其特征在于：所述的第二进出液口为出液口，第二流道为冷却流道，冷却液经第一进出液口，穿过引流通道，到达第一流道，再进入第二流道对附着在封闭板上的散热器件进行冷却，工作后的冷却液达到第二进出液口后排出。