CN106653716A - 液冷装置及冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明创造设计了一种新型的液冷装置，该液冷装置针对混合动力或纯电动汽车内部电机控制相关要求设计，具备双层流道结构，将各交流管道集成在结构内部，具备结构紧凑、散热效果好、装配方便等优点，围绕该液冷装置，还涉及了冷却方法。

Description

液冷装置及冷却方法

技术领域

本发明创造涉及机械结构的技术领域，具体说，是一种应用于混合动力或纯电动力汽车内部电机控制装置的液冷装置，以及使用该液冷装置进行冷却的方法。

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，液冷装置由于其成本低、效率高而被广泛使用，从整体结构上来看，适用于IGBT模块的液冷装置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。

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。

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。

市场上的现有产品中，第一类型和第二类型的产品占大多数，但这两个类型的产品存在一些先天上的技术不足。第一类型的产品，要求其电机控制器的外壳结构必须为两侧进出水，对应的整个电动力部分的进出水结构都要进行相应设计，同时，在装配工艺上也带来了一定的麻烦；第二类型的产品在涉及散热体为多个时，比较有效率，但在散热体为一个整体时，会存在很明显的散热不均匀的问题，严重时会影响部件的工作效率和工作寿命。

第三类型的设计思路是跳出在单一散热平面的极限设计，将问题空间化，这一技术的好处在于可以搭配第一和第二类型的设计，从而实现更好的散热效果，但这一现有技术也存在一定的问题：

其一、其设计思路是在空间上对单通道的方案进行叠加，这就要求散热主体必须为多个，以CN 201204783Y为例，当散热主体只有一个时，多出来的那个散热面会带来结构和材料上的浪费；

其二、为了解决空间上的连接，需要设计连接通道，以CN 201204783Y为例，其进出水管以及部分实施方案中的连通管道都是要占额外空间的，增加水平方向上的面积，对于旨在通过加层来减少水平面积的设计而言，这也是致命的问题；

其三、可扩展思路有限，流道结构局限大，以CN 201204783Y为例，其单层内部流道需要是一个轴对称或者中心对称结构，这样才能保证其上下层的散热效果，一些特殊的设计思路就应用不上，例如，中国专利，功率半导体器件的回旋水冷散热器，公开号：CN 105491861A，公开了一种回旋水冷散热器，包括盖板、基座和进、出水口，出水口的管壁深入腔体中部，腔体内设有多个同心圆弧，各个同心圆弧交错地与出水口管壁连接与分离，从而与出水口管壁一起形成螺旋形的冷却水流通通道；相邻同心圆弧的半径差由外至内较小，这一方案提供了解决器件中心散热问题的方案，但显然不能应用在CN 201204783Y上。

发明创造内容

本发明创造旨在针对现有技术中存在的不足，提供一种结构紧凑、扩展方案多、具备工业美感的液冷装置，以及配合该液冷装置的冷却方法，从而满足汽车级散热结构在空间、散热效果方面的要求。

一种液冷装置，包括液冷主体；所述的液冷主体内分层设置有第一流道和第二流道，第一流道和第二流道之间设有分隔板；所述的分隔板上设有循环通孔，第一流道和第二流道通过循环通孔相连通；所述的第二流道中设有引流通道，引流通道穿过第二流道，并将第一流道和第一进出液口连通；所述的第二流道中还设有第二进出液口。

当我们使用第一流道作为冷却流道，第二流道作为循环流道时，可以采用如下设计进行优化：

如第一流道内部采用背景技术中所描述的第一类型单流道模式设计或不进行流道内设置时，为了保证冷却液在第一流道中的最大流动距离，所述的引流通道设在液冷装置的一端，循环通孔设在液冷装置的另一端。

所述的引流通道面向第一流道的通孔和循环通孔位于第一流道的同一条中轴线上。

为了适用于一些自带散热齿的散热器件，例如，有齿IGBT，所述的液冷主体在面向第一流道的一侧设有冷却槽。

当我们使用第二流道作为冷却流道，第一流道作为循环流道时，可以采用如下设计进行优化：

如第二流道内部采用背景技术中所描述的第一类型单流道模式设计或不进行流道内设置时，为了保证冷却液在第二流道中的最大流动距离，所述的循环通孔设在液冷装置的一端，第二进出液口设在液冷装置的另一端。

所述的第二进出液口和循环通孔位于第二流道的同一条中轴线上。

为了适用于一些自带散热齿的散热器件，例如，有齿IGBT，所述的液冷主体在面向第二流道的一侧设有冷却槽。

基于装配或者外部冷却系统的设计要求，在上述进一步优化方案的基础上，还可以采用如下设计进行进一步优化：

所述的第一进出液口和第二进出液口设置在液冷装置的同一端，第一进出液口的位置和引流通道相对应。

第二进出液口有多个。

液冷主体上设有工艺柱，用于为装配工装提供固定点，辅助装配工作。

一种基于上述的液冷装置的冷却方法，包括如下装置：

液冷装置，包括液冷主体；所述的液冷主体内分层设置有第一流道和第二流道，第一流道和第二流道之间设有分隔板；所述的分隔板上设有循环通孔，第一流道和第二流道通过循环通孔相连通；所述的第二流道中设有引流通道，引流通道穿过第二流道，并将第一流道和第一进出液口连通；所述的第二流道中还设有第二进出液口；所述的引流通道设在液冷装置的一端，循环通孔设在液冷装置的另一端，所述的引流通道面向第一流道的通孔和循环通孔位于第一流道的同一条中轴线上；

待冷却器件，工作时需要进行冷却的器件，设置有散热面；

冷却液循环系统，包括输出口和回收口，分别用于向液冷装置输出和回收冷却液；

包括如下步骤：

步骤一、将待冷却器件和液冷装置相固定，其中散热面和液冷装置相接触，将冷却系统和液冷装置相连接，其中，输出口和第二进出液口连通，回收口和第一进出液口连通；

步骤二、在液冷装置中充满冷却液；

步骤三、启动待冷却器件和冷却循环系统，输出口输出冷却液，使冷却液自第二进出液口进入，经过第二流道、循环通孔到达第一流道，对待冷却器件进行冷却，使用后的冷却液通过引流通道到达第一进出液口，被回收口回收。

基于上述冷却方法，可以采用的优化方案如下：

所述的待冷却器件包括冷却齿，所述的液冷主体在面向第一流道的一侧设有冷却槽，冷却槽和待冷却器件密封配合。

一种基于上述的液冷装置的冷却方法，包括如下装置：

液冷装置，包括液冷主体；所述的液冷主体内分层设置有第一流道和第二流道，第一流道和第二流道之间设有分隔板；所述的分隔板上设有循环通孔，第一流道和第二流道通过循环通孔相连通；所述的第二流道中设有引流通道，引流通道穿过第二流道，并将第一流道和第一进出液口连通；所述的第二流道中还设有第二进出液口；所述的循环通孔设在液冷装置的一端，第二进出液口设在液冷装置的另一端，所述的第二进出液口和循环通孔位于第二流道的同一条中轴线上；

待冷却器件，工作时需要进行冷却的器件，设置有散热面；

冷却液循环系统，包括输出口和回收口，分别用于向液冷装置输出和回收冷却液；

包括如下步骤：

步骤一、将待冷却器件和液冷装置相固定，其中散热面和液冷装置相接触，将冷却系统和液冷装置相连接，其中，输出口和第一进出液口连通，回收口和第二进出液口连通；

步骤二、在液冷装置中充满冷却液；

步骤三、启动待冷却器件和冷却循环系统，输出口输出冷却液，使冷却液自第一进出液口进入，经过引流通道、第二流道、循环通孔到达第二流道，对待冷却器件进行冷却，使用后的冷却液到达第二进出液口，被回收口回收。

基于上述冷却方法，可以采用的优化方案如下：

所述的待冷却器件包括冷却齿，所述的液冷主体在面向第二流道的一侧设有冷却槽，冷却槽和待冷却器件密封配合。

有益效果：

本发明创造采用了双层管道模式，将连接管道从结构外移至结构内，整体具备工业美感，结构更紧凑。同时，相比于现有技术，本发明创造技术方案具备更强的可调性和可变性，简单调整即可满足不同的环境和需求，适用性强。

附图说明

图1是本发明创造的液冷装置的立体示意图。

图2是本发明创造的液冷装置的过第一进出液口和第二进出液口的切面示意图。

图3是本发明创造的液冷结果的过第一进出液口和第一流道的横截面示意图。

附图标号说明：1、第一流道；2、第二流道；3、分隔板；4、循环通孔；5、冷却槽；6、第一进出液口；7、第二进出液口；8、引流通道；9、引流通孔；10、工艺柱；11、液冷主体。

具体实施方式

为了更好地阐述本发明创造的技术方案和技术要点，引入具体实施例，下面将结合图1、图2、图3对该具体实施例进行说明，我们将有冷却槽5所对方向设为上方，将冷却槽5延向引流通道8方向设为左方，其它方位以此类推。

如图所示，液冷装置包括液冷主体11。

所述的液冷主体11内部上下分层设有两条流道，我们将上层流道设为第一流道1，下层流道设为第二流道2，第一流道1和第二流道2通过分隔板3隔开，分隔板3的右端设有循环通孔4，第一流道1和第二流道2通过循环通孔4相连通。

液冷主体11的上表面设有冷却槽5，冷却槽5槽口向上。

液冷主体11的底部左端并排设有第一进出液口6和第二进出液口7，其中第一进出液口6和引流通道8相对应，并通过引流通道8和第一流道1相连通，第二进出液口7直接和第二流道2相连通。

引流通道8呈管状，其底部和第一进出液口6连通，其顶部在分隔板3上设有引流通孔9，和第一流道1相连通，引流通道8穿过第二流道2，但和第二流道2不连通。

引流通孔9和循环通孔4位于第一流道1的同一条中轴线上。

本实施例可以有两种工作方式：

工作模式A：第一进出液口6作为进液口，第一流道1作为冷却流道，第二流道2作为回液流道，第二进出液口7作为出液口。

工作模式B：第二进出液口7作为进液口，第二流道2作为送液流道，第一流道1作为冷却流道，第一进出液口6作为出液口。

实验测试表明，工作模式B比工作模式A更优秀，因此，我们围绕工作模式B设计了一套冷却方法：

工作模式B冷却方法，所采用的系统装置除了液冷装置外，还包括如下装置：

待冷却器件，工作时需要进行冷却的器件，设置有散热面；

冷却液循环系统，包括输出口和回收口，分别用于向液冷装置输出和回收冷却液；

包括如下步骤：

步骤一、将待冷却器件和液冷装置相固定，其中散热面和液冷装置相接触，将冷却系统和液冷装置相连接，其中，输出口和第二进出液口7连通，回收口和第一进出液口6连通；

步骤二、在液冷装置中充满冷却液；

步骤三、启动待冷却器件和冷却循环系统，输出口输出冷却液，使冷却液自第二进出液口7进入，经过第二流道2、循环通孔4到达第一流道1，对待冷却器件进行冷却，使用后的冷却液通过引流通道8到达第一进出液口6，被回收口回收。

需要注意的是，工作模式B中，待冷却器件拥有散热齿的散热效果会更好，相对应的，液冷主体11在面向第一流道1的一侧设有冷却槽5，冷却槽5和待冷却器件密封配合。但散热齿不是必要结构，如果待冷却器件没有散热齿的只有散热面的话，那么液冷主体11在第一流道1所对应表面也有对应的接触面，二者相接触即可。

对于不同的设计需求，还可以采用其它的实施方案：

当我们使用第二流道2作为冷却流道，第一流道1作为循环流道时，循环通孔4设在液冷装置的右端中部，第二进出液口7设在液冷装置的左端，所述的第二进出液口7和循环通孔4位于第二流道2的同一条中轴线上。对应的，可以有C、D两种工作方式：

工作模式C：第二进出液口7作为进液口，第二流道2作为送液流道，第一流道1作为冷却流道，第一进出液口6作为出液口。

工作模式D：第一进出液口67作为进液口，第一流道1作为冷却流道，第二流道2作为回液流道，第二进出液口7作为出液口。

实验测试表明，工作模式D比工作模式C更优秀，因此，我们围绕工作模式D设计了一套冷却方法：

工作模式D冷却方法，所采用的系统装置除了液冷装置外，还包括如下装置：

待冷却器件，工作时需要进行冷却的器件，设置有散热面；

冷却液循环系统，包括输出口和回收口，分别用于向液冷装置输出和回收冷却液；

包括如下步骤：

步骤一、将待冷却器件和液冷装置相固定，其中散热面和液冷装置相接触，将冷却系统和液冷装置相连接，其中，输出口和第一进出液口6连通，回收口和第二进出液口7连通；

步骤二、在液冷装置中充满冷却液；

步骤三、启动待冷却器件和冷却循环系统，输出口输出冷却液，使冷却液自第一进出液口6进入，经过引流通道8、第二流道2、循环通孔4到达第二流道2，对待冷却器件进行冷却，使用后的冷却液到达第二进出液口7，被回收口回收。

和工作模式B相同的，如果待冷却器件拥有散热齿的散热效果会更好，相对应的，液冷主体11在面向第二流道2的一侧设有冷却槽5，冷却槽5和待冷却器件密封配合，但散热齿不是必要结构，如果待冷却器件没有散热齿的只有散热面的话，那么液冷主体11在第二流道2所对应表面也有对应的接触面，二者相接触即可。

第一流道1作为冷却流道和第二流道2作为冷却流道的设计区别在于引流通孔9和第二进出液口7的位置。

第二进出液口7可以有一个，也可以有多个，其位置可以是在液冷装置的底部，也可以在液冷装置的前后左右侧。第二进出液口7的具体位置可以根据实际需求决定。

为了便于装配加工，我们还在液冷主体11的上表面设有工艺柱10，工艺柱10是可拆卸的，其顶部有装配孔，可以配合装配工装的固定、抓取等工作，装配完成后可以卸下。

需要说明的是，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，特别是自带散热齿（有时也被称作散热片或散热架）的器件也同样适用。

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)

1.一种液冷装置，包括液冷主体，其特征在于：所述的液冷主体内分层设置有第一流道和第二流道，第一流道和第二流道之间设有分隔板；所述的分隔板上设有循环通孔，第一流道和第二流道通过循环通孔相连通；所述的第二流道中设有引流通道，引流通道穿过第二流道，并将第一流道和第一进出液口连通；所述的第二流道中还设有第二进出液口。

2.根据权利要求1所述的液冷装置，其特征在于：所述的引流通道设在液冷装置的一端，循环通孔设在液冷装置的另一端。

3.根据权利要求2所述的液冷装置，其特征在于：所述的液冷主体在面向第一流道的一侧设有冷却槽。

4.根据权利要求1所述液冷装置，其特征在于：所述的循环通孔设在液冷装置的一端，第二进出液口设在液冷装置的另一端。

5.根据权利要求4所述液冷装置，其特征在于：所述的液冷主体在面向第二流道的一侧设有冷却槽。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的液冷装置，其特征在于：所述的液冷主体上设有工艺柱，。

7.一种冷却方法，包括如下装置：

液冷装置，包括液冷主体；所述的液冷主体内分层设置有第一流道和第二流道，第一流道和第二流道之间设有分隔板；所述的分隔板上设有循环通孔，第一流道和第二流道通过循环通孔相连通；所述的第二流道中设有引流通道，引流通道穿过第二流道，并将第一流道和第一进出液口连通；所述的第二流道中还设有第二进出液口，所述的引流通道设在液冷装置的一端，循环通孔设在液冷装置的另一端；

待冷却器件，工作时需要进行冷却的器件，设置有散热面；

冷却液循环系统，包括输出口和回收口，分别用于向液冷装置输出和回收冷却液；

采用了如下步骤：

步骤一、将待冷却器件和液冷装置相固定，其中散热面和液冷装置相接触，将冷却系统和液冷装置相连接，其中，输出口和第二进出液口连通，回收口和第一进出液口连通；

步骤二、在液冷装置中充满冷却液；

步骤三、启动待冷却器件和冷却循环系统，输出口输出冷却液，使冷却液自第二进出液口进入，经过第二流道、循环通孔到达第一流道，对待冷却器件进行冷却，使用后的冷却液通过引流通道到达第一进出液口，被回收口回收。

8.根据权利要求7所述的冷却方法，其特征在于：所述的待冷却器件包括冷却齿，所述的液冷主体在面向第一流道的一侧设有冷却槽，冷却槽和待冷却器件密封配合。

9.一种冷却方法，包括如下装置：

液冷装置，包括液冷主体；所述的液冷主体内分层设置有第一流道和第二流道，第一流道和第二流道之间设有分隔板；所述的分隔板上设有循环通孔，第一流道和第二流道通过循环通孔相连通；所述的第二流道中设有引流通道，引流通道穿过第二流道，并将第一流道和第一进出液口连通；所述的第二流道中还设有第二进出液口；所述的循环通孔设在液冷装置的一端，第二进出液口设在液冷装置的另一端；

待冷却器件，工作时需要进行冷却的器件，设置有散热面；

冷却液循环系统，包括输出口和回收口，分别用于向液冷装置输出和回收冷却液；

采用了如下步骤：

步骤一、将待冷却器件和液冷装置相固定，其中散热面和液冷装置相接触，将冷却系统和液冷装置相连接，其中，输出口和第一进出液口连通，回收口和第二进出液口连通；

步骤二、在液冷装置中充满冷却液；

步骤三、启动待冷却器件和冷却循环系统，输出口输出冷却液，使冷却液自第一进出液口进入，经过引流通道、第二流道、循环通孔到达第二流道，对待冷却器件进行冷却，使用后的冷却液到达第二进出液口，被回收口回收。

10.根据权利要求9所述的冷却方法，其特征在于：所述的待冷却器件包括冷却齿，所述的液冷主体在面向第二流道的一侧设有冷却槽，冷却槽和待冷却器件密封配合。