CN107181416A - 电力电子系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电力电子系统。一种电力电子组件包括：多个电力模块，每个电力模块包括主体、设置在主体中并具有相对的主侧的功率级以及在邻近于所述主侧中的一个的位置处限定于主体中的冷却剂通道。所述多个电力模块布置成堆，使得冷却剂通道与功率级交错。主体中的至少一个限定通路，所述通路在相邻的冷却剂通道之间延伸以按照流体连通的方式将相邻的冷却剂通道连接。

Description

电力电子系统
技术领域
本公开涉及用于汽车的电动动力传动系统的电力电子系统。
背景技术
诸如电池电动车辆(BEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)和全混合动力电动车辆(FHEV)的车辆包括牵引电池组件，以用作一个或更多个电机的能量源。牵引电池包括用于协助管理车辆性能和操作的部件和系统。电力逆变器电连接在电池和电机之间，以将来自电池的直流电转换为与电机兼容的交流电。电力逆变器还可用作整流器，以将来自电机的交流电转换为与电池兼容的直流电。
发明内容
根据一个实施例，一种电力电子组件包括：多个电力模块，每个电力模块具有主体、功率级以及冷却剂通道，所述功率级设置在主体中并具有相对的主侧，所述冷却剂通道在邻近于所述主侧中的一个的位置处限定于主体中。所述多个电力模块被布置成堆，使得冷却剂通道与功率级交错。主体中的至少一个限定通路，所述通路在相邻的冷却剂通道之间延伸以按照流体连通的方式将相邻的冷却剂通道连接。
根据另一实施例，一种电力电子组件包括：多个电力模块，每个电力模块包括设置在主体中的功率级。所述主体具有后部和限定流体通道的前部，所述流体通道具有限定第一端口的底板，第一端口经由在第一端口和限定于所述后部中的第二端口之间延伸的通路而流体地连接到第二端口。所述多个电力模块被堆叠为使得从第二端口中的一个排出的流体立刻进入到流体通道中的一个。
根据本发明的一个实施例，所述主体中的每个还限定在前部和后部之间延伸的另一通路。
根据本发明的一个实施例，对所述多个电力模块中的至少一个而言，第一端口和第二端口相对于彼此轴向地偏移，使得电力模块的通路以相对于前部倾斜的角度延伸穿过主体。
根据本发明的一个实施例，功率级中的每个还包括主侧，所述主侧形成流体通道中的对应的一个流体通道的底板的至少一部分，使得冷却剂直接跨越所述主侧循环。
根据本发明的一个实施例，所述电力电子组件还包括：电容器组，电连接到功率级中的每个；栅极驱动板，电连接到所述功率级中的每个。
根据又一实施例，一种用于电力逆变器的电力模块组件包括：第一电力模块和第二电力模块，每个电力模块包括封装于具有前侧和后侧的主体中的功率级。所述第一电力模块和第二电力模块被布置成堆，使得第一电力模块的后侧被设置为抵靠第二电力模块的前侧。冷却剂腔凹入到主体中的至少一个中，被设置在功率级之间，并被布置为使流体循环以冷却功率级。主体中的每个还限定在前侧和后侧之间延伸的通路并具有开口至所述冷却剂腔中的端口。
根据本发明的一个实施例，冷却剂腔凹入到第二电力模块的前侧中并包括底板和侧壁，所述侧壁在前侧和底板之间延伸，第二电力模块的通路包括由底板限定的第一端口和由第二电力模块的后侧限定的第二端口。
根据本发明的一个实施例，第一端口和第二端口相对于彼此轴向地偏移，使得第二电力模块的通路以相对于前侧倾斜的角度延伸穿过主体。
根据本发明的一个实施例，第一电力模块还包括在冷却剂腔的周界之外的位置处在前侧和后侧之间延伸的另一通路。
根据本发明的一个实施例，第一电力模块和第二电力模块基本相同。
根据本发明的一个实施例，第一电力模块和第二电力模块不同。
根据本发明的一个实施例，第一电力模块的通路设置在功率级的顶部和第一电力模块的顶部之间，第二电力模块的通路设置在功率级的底部和第二电力模块的底部之间。
附图说明
图1是示例性混合动力车辆的示意图。
图2是可变电压转换器和电力逆变器的示意图。
图3是电力逆变器的透视图。
图4是电力逆变器的电力模块组件的透视图。
图5是功率级的透视图。
图6A是根据一个实施例的电力模块的透视图。
图6B是图6A的电力模块的后视图。
图6C是图6A的电力模块的前视图。
图7是图4的电力模块组件的一部分的侧视图。
图8是图4的电力模块组件的端盖(end cap)的透视图。
图9是另一电力模块组件的侧视图。
图10A是图9的电力模块组件的第一组模块中的电力模块中的一个的前视图。
图10B是所述第一组模块中的电力模块中的一个的后视图。
图11A是图9的电力模块组件的第二组模块中的电力模块中的一个的前视图。
图11B是所述第二组模块中的电力模块中的一个的后视图。
图12是图9的电力模块组件的端板(end plate)中的一个的后视图。
图13是图9的电力模块组件的端板中的另一个的前视图。
图14是又一电力模块组件的透视图。
图15是图14的电力模块组件的示例性冷却剂回路的示意性示图。
图16A是图14的电力模块组件的第一组模块中的电力模块中的一个的前视图。
图16B是所述第一组模块中的电力模块中的一个的后视图。
图17A是图14的电力模块组件的第二组模块中的电力模块中的一个的前视图。
图17B是所述第二组模块中的电力模块中的一个的后视图。
图18是图14的电力模块组件的侧视图。
图19是图14的电力模块组件的端板的透视图。
具体实施方式
在此描述本公开的实施例。然而，应当理解的是，所公开的实施例仅为示例，其它实施例可采取多种形式和替代形式。附图无需按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以示出特定部件的细节。因此，此处所公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅仅作为教导本领域技术人员以多种形式采用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的是，参照任一附图说明和描述的各个特征可与一个或更多个其它附图中说明的特征组合以产生未明确说明或描述的实施例。所说明的特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的多种组合和变型可被期望用于特定的应用或实施方式。
在图1中示出了PHEV的示例，并且PHEV的示例在此总体上称为车辆16。车辆16包括传动装置12，并且车辆16在内燃发动机20的辅助下由至少一个电机18推进。电机18可以是在图1中被示出为“马达”18的交流(AC)电动马达。电机18接收电力并提供用于车辆推进的扭矩。电机18还可用作发电机，以通过再生制动将机械能转换为电能。
传动装置12可以是动力分流式构造(power-split configuration)。传动装置12包括第一电机18和第二电机24。第二电机24可以是在图1中被示出为“发电机”24的AC电动马达。与第一电机18类似，第二电机24接收电力并提供输出扭矩。第二电机24还用作发电机，以用于将机械动力转换为电力并优化通过传动装置12的动力流。在其它实施例中，传动装置不具有动力分流式构造。
传动装置12可包括行星齿轮单元26，行星齿轮单元26包括中心齿轮28、行星齿轮架30和环形齿轮32。中心齿轮28连接到第二电机24的输出轴，用于接收发电机扭矩。行星齿轮架30连接到发动机20的输出轴，用于接收发动机扭矩。行星齿轮单元26将发电机扭矩和发动机扭矩组合，并提供环形齿轮32上的组合输出转矩。行星齿轮单元26用作不具有任何固定传动比或“阶梯”传动比的无级变速器。
传动装置12还可包括单向离合器(O.W.C.)和发电机制动器33。O.W.C.连接到发动机20的输出轴，以仅允许输出轴沿着一个方向旋转。O.W.C.防止传动装置12反向驱动发动机20。发电机制动器33连接到第二电机24的输出轴。发电机制动器33可被启用以进行“制动”或者防止第二电机24的输出轴和中心齿轮28的旋转。可选地，O.W.C.和发电机制动器33可被去除并由用于发动机20和第二电机24的控制策略来代替。
传动装置12还可包括具有中间齿轮的副轴，所述中间齿轮包括第一齿轮34、第二齿轮36和第三齿轮38。行星输出齿轮40连接到环形齿轮32。行星输出齿轮40与第一齿轮34啮合，以在行星齿轮单元26和副轴之间传输扭矩。输出齿轮42连接到第一电机18的输出轴。输出齿轮42与第二齿轮36啮合，以在第一电机18和副轴之间传输扭矩。传动装置输出齿轮44连接到驱动轴46。驱动轴46通过差速器50连接到一对驱动轮48。传动装置输出齿轮44与第三齿轮38啮合，以在传动装置12和驱动轮48之间传输扭矩。
车辆16包括能量储存装置，诸如，用于储存电能的牵引电池52。电池52是能够输出电力以操作第一电机18和第二电机24的高电压电池。当第一电机18和第二电机24作为发电机运转时，电池52还从第一电机18和第二电机24接收电力。电池52是由多个电池模块(未示出)组成的电池组，其中，每个电池模块包括多个电池单元(未示出)。车辆16的其它实施例考虑不同类型的能量储存装置，诸如，补充或取代电池52的电容器和燃料单元(未示出)。高电压总线将电池52电连接到第一电机18和第二电机24。
车辆包括用于控制电池52的电池能量控制模块(BECM)54。BECM 54接收指示车辆状况和电池状况(诸如，电池温度、电压和电流)的输入。BECM 54计算并估计电池参数，诸如电池荷电状态和电池功率容量。BECM 54向其它车辆系统和控制器提供指示电池荷电状态(BSOC)和电池功率容量(Pcap)的输出(BSOC,Pcap)。
车辆16包括DC-DC转换器或可变电压转换器(VVC)10和逆变器56。VVC 10和逆变器56电连接在牵引电池52与第一电机18之间以及电池52与第二电机24之间。VVC 10“提升”或增大由电池52提供的电力的电势。根据一个或更多个实施例，VVC 10还“拉低”或减小提供给电池52的电力的电势。逆变器56将由主电池52(通过VVC 10)供应的DC电力转换为用于操作电机18和电机24的AC电力。逆变器56还将由电机18和电机24提供的AC电力整流为用于对牵引电池52进行充电的DC电力。传动装置12的其它实施例包括多个逆变器(未示出)，诸如，一个逆变器与电机18和电机24中的每个电机相关联。VVC 10包括电感器组件14。
传动装置12包括用于控制电机18和24、VVC 10以及逆变器56的传动装置控制模块(TCM)58。除此之外，TCM 58被配置为监测电机18和电机24的位置、转速和功耗。TCM 58还监测VVC 10和逆变器56内的多个位置处的电参数(例如，电压和电流)。TCM 58向其它车辆系统提供与这些信息对应的输出信号。
车辆16包括车辆系统控制器(VSC)60，VSC 60与其它车辆系统和控制器进行通信，以协调它们的功能。尽管VSC 60被示出为单个控制器，但是VSC 60可包括多个控制器，所述多个控制器可被用于根据总体的车辆控制逻辑或软件来控制多个车辆系统。
车辆控制器(包括VSC 60和TCM 58)通常包括任意数量的微处理器、ASIC、IC、存储器(例如，闪存、ROM、RAM、EPROM和/或EEPROM)以及软件代码，以彼此协作执行一系列操作。控制器还包括预定数据或“查找表”，所述预定数据或“查找表”是基于计算和测试数据的并且存储于存储器内。VSC 60通过使用常见的总线协议(例如，CAN和LIN)的一个或更多个有线或无线车辆连接来与其它车辆系统和控制器(例如，BECM 54和TCM 58)进行通信。VSC 60接收表示传动装置12的当前位置(例如，驻车挡、倒车挡、空挡或行驶挡)的输入(PRND)。VSC60还接收表示加速踏板位置的输入(APP)。VSC 60向TCM 58提供表示期望的车轮扭矩、期望的发动机转速和发电机制动器命令的输出，并且向BECM 54提供接触器控制。
车辆16包括用于控制发动机20的发动机控制模块(ECM)64。VSC 60向ECM 64提供输出(期望的发动机扭矩)，所述输出是基于包括APP的若干个输入信号的并且与驾驶员对车辆推进的请求相对应。
如果车辆16是PHEV，则电池52可经由充电端口66周期性地从外部电源或电网接收AC电能。车辆16还包括从充电端口66接收AC电能的车载充电器68。车载充电器68是将接收到的AC电能转换为适于对电池52充电的DC电能的AC/DC转换器。进而，充电器68在再充电期间向电池52供应DC电能。尽管按照PHEV 16的情境来示出和描述，但是应该理解的是，逆变器56可在其它类型的电动车辆(诸如，HEV或BEV)上实现。
参照图2，示出了VVC 10和逆变器56的电路图。VVC 10可包括具有基于晶体管的开关布置(诸如半桥)的一个或更多个功率级。每个功率级包括用于提升输入电压(Vbat)以提供输出电压(Vdc)的第一开关单元70和第二开关单元72。第一开关单元70可包括第一晶体管74，第一晶体管74以极性对调(反并联)的方式并联连接到第一二极管76。第二开关单元72可包括反并联连接到第二二极管80的第二晶体管78。每个晶体管74、78都可以是任何类型的可控开关(例如，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)或场效应晶体管(FET))。另外，每个晶体管74、78都可由TCM 58单独控制。电感器组件14被示出为串联连接在牵引电池52与开关单元70、72之间的输入电感器。当供应电流时，电感器14产生磁通。当流经电感器14的电流变化时，产生时变磁场并感应出电压。VVC 10的其它实施例包括替代的电路配置。
逆变器56可包括堆叠在组件中的具有基于晶体管的开关布置(诸如半桥)的多个功率级。半桥中的每个可包括连接至来自电池的正DC节点的正DC引线84以及连接至来自电池的负DC节点的负DC引线86。半桥82中的每个还可包括第一开关单元88和第二开关单元90。第一开关单元88可包括反并联连接至第一二极管94的第一晶体管92。第二开关单元90可包括反并联连接至第二二极管98的第二晶体管96。第一晶体管92和第二晶体管96可以是IGBT或FET。半桥82中的每个的第一开关单元88和第二开关单元90将电池的DC电力转换为在AC引线100处输出的单相AC电力。AC引线100中的每个电连接至马达18或发电机24。
在示出的实施例中，VVC 10包括两个功率级，逆变器包括9个功率级(三个用于发电机24，六个用于马达18)。在其它实施例中，VVC 10包括一个功率级，逆变器包括六个功率级(三个用于发电机24，三个用于马达18)。VVC的功率级和逆变器的功率级可以是相同的部件，并且通常被称作功率级82。VVC的功率级和逆变器的功率级均可被布置在共同的堆(stack)中。
参照图3，车辆电力逆变器56可安装在车辆部件111(诸如车身结构、车架构件或动力传动部件)上。电力逆变器56可包括电力模块组件113，电力模块组件113与栅极驱动板114、电容器组116及控制板118电连接。电力模块组件113可包括多个电力模块，所述多个电力模块按照阵列堆叠且各个均具有以功率级封装的一个或更多个半桥。
图4至图19及相关论述描述示例性电力模块组件及其各自的部件。电力模块组件可以是电力电子系统(诸如电力逆变器)的一部分。参照图4，示例性的电力模块组件120包括布置成堆的多个电力模块122。电力模块组件120包括限定所述堆的一端的第一电力模块124和限定所述堆的另一端的最末电力模块126。第一端板128抵靠第一电力模块124设置，第二端板130抵靠最末电力模块126设置。端板协作以夹住所述堆并且可提供压缩力以帮助所述堆结合在一起。电力模块组件120可通过粘合剂、支架或延伸穿过电力模块组件的紧固件而紧固在一起。电力模块122可全部是相同的电力模块，或者电力模块组件120可包括不同的两组或更多组电力模块。
参照图5，电力模块122中的每个包括功率级132，功率级132包含半导体器件。功率级132中的每个可包括相对的主侧110、相对的副侧112、顶部138和底部140。功率级132还包括正极DC电力端子142、负极DC电力端子144、AC电力端子146以及与功率级132的半导体器件电连接的信号引脚148。端子和信号引脚的位置可根据实施例而变化，并且不限于示出的配置。例如，信号引脚148可位于左副侧上，端子142、144和146可位于右副侧上。第一板150限定主侧110中的一个的外表面，第二板152限定功率级132的主侧110中的另一个。板150和板152可以是金属的、塑料的、复合材料的或其组合的。功率级132的半导体器件可由环氧树脂154或其它填料填充，以使半导体器件与板以及其它部件电隔离。
参照图4、图6A至图6C和图7，电力模块122中的每个可包括主体156，主体156具有沿着边缘互相连接的前部158、后部160、右侧162、左侧164、顶部166和底部168。功率级132至少部分地设置在所述主体中。主体156可以是封装功率级132的聚合物或环氧树脂。功率级132的多个部分可通过主体156的一个或更多个侧而暴露。例如，端子和信号引脚可延伸穿过右侧162和左侧164，主侧110可通过前部158和后部160而暴露。
电力模块122可以布置成堆，其中，一个电力模块122的前部158抵靠相邻的电力模块的后部进行设置且所述一个电力模块122的后部160抵靠另一相邻的电力模块的前部进行设置。可在邻接的电力模块之间设置垫片或其他密封装置，以密封所述堆。
可在电力模块122中限定冷却剂回路，以使冷却剂(诸如乙二醇混合物)跨穿功率级132进行循环，从而冷却半导体器件。端板128和端板130以及电力模块122包括按照流体连通而相互连接的端口、通路(passageway)和通道(channel)，以形成冷却剂回路。冷却剂回路可以并联设置、串联设置或者以两者的组合来设置。
图6A至图6C中示出的电力模块122是针对串联冷却剂回路而设计的。在所示出的示例中，电力模块122全部相同(即，被设计为完全相同)。每个电力模块122可限定通过前部158界定的冷却剂通道172。冷却剂通道172包括底板(floor)178和侧壁180，侧壁180在前部158的外表面170和底板178之间延伸。功率级132可布置在主体156中，使得底板178的一部分通过第一板150而形成。这允许冷却剂直接跨越第一板循环，以通过消除冷却剂和功率级132之间的热阻而提高冷却效率。
冷却剂通道172还可包括第一端174和第二端176。第一端174是冷却剂接收区域并且是冷却剂进入到冷却剂通道172中的位置。交叉通路182被限定在主体156中并在前部158和后部160之间延伸，以流体连通的方式将相邻的冷却剂通道相连接。注意：即使底板178是从前部的最外表面170向内凹进的，但是底板178也被认为是前部158的一部分。交叉通路182包括进入端口184和排出端口186，进入端口184在冷却剂通道的第二端176附近通过底板178限定，排出端口186通过后部160限定。交叉通路182对角地延伸穿过主体156(即，通路按照相对于前部或后部倾斜的角度而延伸穿过所述主体)，从而使得进入端口184和排出端口186相对于彼此轴向地偏移，以使端口处于主体156的纵向中心线188的相对侧。在其他实施例中，交叉通路182可对角地延伸以使得端口位于主体156的横向中心线190的相对侧。对角地延伸的交叉通路182允许冷却剂在中心线188的同一侧进入电力模块122中的每个以及从电力模块122中的每个排出。在所示出的实施例中，排出端口186与冷却剂接收区域(第一端)174轴向地对准。这允许所有的电力模块122都相同，从而可降低成本。
排出端口186中的每个被设置为紧挨着相邻的冷却剂通道的第一端174。后部160可为基本平坦的或者可包括与冷却剂通道172的沟道(channeling)相匹配的沟道。在组装时，后部160与相邻的电力模块122的前部158相配合，以提供冷却剂通道172的顶板。功率级132可设置在主体156中，使得第二板152形成后部160的外表面的一部分。在一些实施例中，第二板152可与后部的外表面192齐平。在此使用的“基本齐平”被解释为意味着两个表面偏移为小于或等于两毫米。这使得第二板152与循环通过冷却剂通道172的冷却剂直接接触。
冷却剂通道172可以是U形的：第一端174和第二端176设置于功率级132的顶部138之上，并具有从第一端延伸跨过功率级132到达功率级132的底部140附近的拐角部的第一段以及从所述拐角部延伸到第二端176的第二段。在其他实施例中，例如，通道可以是直的、Z形的或者W形的。
电力模块122中的每个还可限定返回通路194，返回通路194以基本垂直于前部或后部的角度在前部158和后部160之间延伸。返回通路194中的每个彼此对准，以产生轴向地延伸穿过所述堆的返回管路。返回通路194是可选的，并且只有在期望使电力模块组件120在同一端板流体连通时才需要返回通路194。在所示出的实施例中，第一端板128包括入口端口200和出口端口202。端口200和端口202与热管理系统的供应和返回线路连接。入口端口200可与第一电力模块124的冷却剂接收区域174轴向地对准，出口端口202可以与第一电力模块124的返回通路194对准。
参照图8，第二端板130可限定冷却剂通道204，以将冷却剂从最末电力模块126的排出端口186引导到最末电力模块126的返回通路194。在省去所述返回通路的实施例中，第二端板包括与排出端口对准并连接到热管理系统的返回线路的出口端口。冷却剂通道204包括底板210和侧壁212，底板210从第二端板130的外表面214凹入，侧壁212在底板210和外表面214之间延伸。冷却剂通道204还包括第一端206和第二端208，第一端206接收从最末电力模块126的排出端口186流出的流体，第二端208被设置为与最末电力模块126的返回通路194相邻。
参照图9、图10A至图10B和图11A至图11B，另一电力模块组件250包括多个电力模块，所述多个电力模块布置成堆且被夹持在一对端板256和258之间。电力模块组件250可包括在所述堆中交替布置的第一组电力模块(A模块)252和第二组电力模块(B模块)254。A模块252和B模块254可具有相同的封装和形状，但可具有不同形状的冷却剂通道和/或不同的通路位置。沿着所述堆的长度，所述堆的顺序可以是A、B、A、B等等。所述堆可以根据模块的数量而以A模块或者B模块结束。在本示例中，第一电力模块259是A模块，最末电力模块261也是A模块。模块中的每个包括可与上述功率级132相似的功率级280。
A模块252中的每个可包括主体260，主体260具有前部262、后部264、顶部266、底部268和侧部269。B模块254中的每个可包括主体270，主体270具有前部272、后部274、顶部276、底部278和侧部279。主体可限定与相邻的主体相互连接的特征，从而限定延伸穿过所述堆的冷却剂回路。所示出的冷却剂回路是串联布置的。第一端板256可限定出口端口255和入口端口(不可见)，出口端口255和入口端口连接到热管理系统的供应和返回线路。
A模块252中的每个还可包括限定于前部262中的前部冷却剂通道286和限定于后部264中的后部冷却剂通道298。前部冷却剂通道286从前部262的外表面288凹入，并且包括底板290和侧壁292，侧壁292在底板290和外表面288之间延伸。后部冷却剂通道298从后部264的外表面304凹入，并且包括底板300和侧壁302，侧壁302在底板300和外表面304之间延伸。在主体260中可布置功率级280，从而使得第一板282形成底板290的一部分，第二板284形成底板300的一部分，以允许冷却剂直接跨越功率级280流动。第一通路310是由主体260限定的并且在前部262和后部264之间延伸。第一通路310可处于顶部266和功率级280的顶部之间。通路310包括进入端口312和排出端口314，进入端口312在前部冷却剂通道286的第二端296处限定在底板290中，排出端口314在后部冷却剂通道298的第一端306处限定在底板300中。第一通路310穿过主体260直线地延伸，使得通路310的轴向中心线基本垂直于主体260的前部和/或后部。
B模块254中的每个还可包括限定于前部272中的前部冷却剂通道316和限定于后部274中的后部冷却剂通道326。前部冷却剂通道316从前部272的外表面336凹入，并且包括底板322和侧壁324，侧壁324在底板322和外表面336之间延伸。后部冷却剂通道326从后部274的外表面338凹入，并且包括底板332和侧壁334，侧壁334在底板332和外表面338之间延伸。在主体270中可布置功率级280，从而使得第一板282形成底板322的一部分，第二板284形成底板332的一部分，以允许冷却剂直接跨越功率级280流动。第二通路340是通过主体270限定的并且在前部272和后部274之间延伸。第二通路340可处于底部278和功率级280的底部之间。第二通路340包括进入端口342和排出端口344，进入端口342在前部冷却剂通道316的第二端320处限定在底板322中，排出端口344在后部冷却剂通道326的第一端328处限定在底板332中。第二通路340可穿过主体270直线地延伸，使得第二通路340的轴向中心线基本垂直于主体270的前部和/或后部。在一些实施例中，例如，如图6A中所示，A模块252和B模块254可仅在模块的一侧包括冷却剂通道。
模块可被堆叠为使得A模块252中的一个的前部262设置为抵靠相邻的B模块254的后部274，A模块的后部264设置为抵靠另一相邻的B模块的前部272。在堆叠时，相邻的前部冷却剂通道和后部冷却剂通道配合以形成与模块相互交错的冷却剂腔346。前部冷却剂通道和后部冷却剂通道被形成为在堆叠时彼此对准。例如，前部冷却剂通道286是后部冷却剂通道298的镜像。
通路310和340通过提供延伸穿过模块的流体管路而以流体连通的方式将冷却剂腔346彼此连接。在操作期间，例如，冷却剂从第一冷却剂腔346a经由冷却剂通路310a排出。冷却剂通路310a的排出端口314与前部冷却剂通道316a的接收区域318相对。所述接收区域不包含端口，迫使冷却剂跨越功率级280大体向下流动至冷却剂通路340a的进入端口342。接着，冷却剂经过冷却剂通路340a流动至下一个冷却剂腔，并沿着所述堆的长度这样流下去。
模块的通道、端口和通路可被设置为使得冷却剂沿着前部按照第一方向流动并且沿着后部按照与第一方向大致相反的第二方向流动。例如，对于A模块252中的每个而言，冷却剂沿着后部264从顶部大体流向底部，并且沿着前部262从底部大体流向顶部。B模块254可是相反的，冷却剂沿着前部272从顶部大体流向底部，并且沿着后部274从底部大体流向顶部。不同于流体的各个分子的瞬时流向，在此所使用的术语“大体流向”描述的是冷却剂的整体流向。例如，尽管存在一些冷却剂分子可能流向左部、右部或在从顶部入口端口流向底部出口端口的行程期间沿对角线流动的事实，但是跨过后部264的冷却剂流动是大体向下的。
在一些实施例中，入口端口和出口端口可设置在同一端板(诸如第一端板256)中。当端口位于同一端板中时，需要返回管路348以使冷却剂从最末电力模块261循环返回至设置在第一端板256上的出口端口。返回管路348可由多个返回通路350构成。通路中的每一个是限定通过模块的且在相对应的前部和后部之间延伸。与其他通路310、340不同的是，返回通路350在A模块和B模块两者上可处于相同的位置。
参照图12，第一端板256限定冷却剂通道360，冷却剂通道360与第一电力模块259的前部冷却剂通道286相互配合以限定第一冷却剂腔346a。冷却剂通道360可与其他冷却剂通道类似地凹入到第一端板中。冷却剂通道360包括与入口端口257对准的第一端362以及与通路310a的进入端口312对准的第二端364。
参照图13，第二端板258限定冷却剂通道366，冷却剂通道366与最末电力模块261的后部冷却剂通道298相配合以限定最末冷却剂腔346b。冷却剂通道366可与其他冷却器通道类似地凹入到第二端板258中。冷却剂通道366包括与后部冷却剂通道298的第一端306对准的第一端368以及与返回管路348对准的第二端370。
参照图14，另一电力模块组件400包括沿着所述堆的长度交替布置的第一组电力模块(A模块)402和第二组电力模块(B模块)404。第一端板406和第二端板408夹持住模块的堆。端板中的一个或更多个可包括与热管理系统连接的入口端口410和/或出口端口412。模块中的每个包括特征，所述特征配合以限定延伸穿过电力模块组件400的冷却剂回路，从而冷却功率级。
冷却剂回路可布置成组合的并联-串联回路。并联-串联回路是包括彼此串联连接的两个或更多个并联回路的流体回路。图15示出了示例性的并联-串联电路414。图15是穿过电力模块组件400的冷却剂流的示意性示图。在图15中示出的线路和腔室不是设置在电力模块组件400中的实际部件。更确切地说，电力模块组件400的模块包括通路与通道，通路与通道配合以限定图15中所示的冷却剂回路414的歧管和腔室的边界。
冷却剂回路414可包括具有供应歧管422和返回歧管424的第一并联回路416。冷却剂回路414还包括具有供应歧管428和返回歧管430的第二并联回路418。并联回路416和418通过互连回路420以流体连通的方式连接。互连回路420连接在返回歧管424和供应歧管428之间。如上所述，电力模块组件400包括在相邻的模块之间相互交错以冷却功率级的多个冷却剂腔。第一回路416可包括将供应歧管422和返回歧管424以流体连通的方式连接的第一腔426。第二回路418可包括将供应歧管428和返回歧管430以流体连通的方式连接的第二腔432。
供应歧管422可位于电力模块组件400的左底部附近，返回歧管424可位于电力模块组件400的右顶部附近。因此，冷却剂大体沿底部至顶部方向流经冷却剂腔426。供应歧管428可位于电力模块组件400的左顶部附近，返回歧管430可位于电力模块组件400的右底部附近。因此，冷却剂大体沿顶部至底部方向流经冷却剂腔432。在该配置中，供应歧管422和供应歧管428沿相对于彼此相反的方向流动，返回歧管424和返回歧管430也沿相对于彼此相反的方向流动。冷却剂腔426和432也沿相对于彼此大致相反的方向流动。互连回路420可设置在电力模块组件400的与入口端口412和出口端口410相对的端部。
并联冷却和串联冷却在相互比较之下具有优点和缺点。当总压降作为考虑因素时，并联可能更好。将冷却通道并联会获得较低的压降。另外，通过仔细地设计冷却路径，可使所有的冷却通道同时流过相同量的冷却剂。这就允许更加均匀地冷却各个半导体。并联冷却的缺点在于每个冷却通道中相对低的流动速率(flow rate)。另一方面，串联冷却具有流经所有冷却通道的均匀的流动速率。然而，串联冷却回路典型地具有作为许多系统的限制因素的较高的总压降。混合的并联-串联冷却策略利用并联冷却与串联冷却两者的优点并削弱了缺点。每个通道中的冷却剂流动速率比并联冷却设计的冷却剂流动速率高且总压降比串联冷却设计的总压降低。
参照图16A和图16B，A模块402中的每个可包括主体434，主体434具有前部436和后部438。前部436可限定前部冷却剂通道440，冷却剂通道440包括从前部的外表面凹入的底板。前部冷却剂通道440可包括与供应歧管422连接的入口端442以及与返回歧管424连接的出口端444。在操作期间，冷却剂从入口端442流经功率级403而后从出口端444流出。后部438可限定后部冷却剂通道446，后部冷却剂通道446包括从后部的外表面凹入的底板。后部冷却剂通道446可包括与供应歧管428连接的入口端448以及与返回歧管430连接的出口端450。
A模块402中的每个可限定四个通路(452、454、456和458)，每个通路在前部436和后部438之间延伸。通路452形成供应歧管428的一段，通路454形成返回歧管424的一段，通路456形成供应歧管422的一段，通路458形成返回歧管430的一段。在前部436上，通路454和456与前部冷却剂通道440流体连通，使得流体经由通路进入前部冷却剂通道440以及从前部冷却剂通道440排出。通路452和458不与前部冷却剂通道440流体连通，并且冷却剂不会从那些通路循环到前部冷却剂通道440中。在后部438上，通路452和458与后部冷却剂通道446流体连通，使得流体经由通路进入后部冷却剂通道446以及从后部冷却剂通道446排出。通路454和456不与后部冷却剂通道446直接流体连通，并且冷却剂不会从那些通路循环到后部冷却剂通道446中。
参照图17A和图17B，B模块404中的每个可包括主体460，主体460具有前部462和后部464。前部462可限定前部冷却剂通道466，前部冷却剂通道466包括从前部的外表面凹入的底板。前部冷却剂通道466可包括与供应歧管428连接的入口端468以及与返回歧管430连接的出口端470。在操作期间，冷却剂从入口端468流经功率级403而后从出口端470流出。后部464可限定后部冷却剂通道472，后部冷却剂通道472包括从后部的外表面凹入的底板。后部冷却剂通道472可包括与供应歧管422连接的入口端474以及与返回歧管424连接的出口端476。
B模块404中的每个可限定四个通路(478、480、482和484)，每个通路在前部462和后部464之间延伸。通路478形成供应歧管428的一段，通路480形成返回歧管424的一段，通路482形成供应歧管422的一段，通路484形成返回歧管430的一段。在前部462上，通路478和484与前部冷却剂通道466流体连通，使得流体经由通路进入前部冷却剂通道466以及从前部冷却剂通道466排出。通路480和482不与前部冷却剂通道466流体连通，并且冷却剂不会从那些通路循环到前部冷却剂通道466中。在后部464上，通路480和482与后部冷却剂通道472流体连通，使得流体经由通路进入后部冷却剂通道472以及从后部冷却剂通道472排出。通路478和484不与后部冷却剂通道472流体连通，并且冷却剂不会从那些通路循环到后部冷却剂通道472中。
参照图18，电力模块这样布置成堆：A模块402的后部438抵靠B模块的前部462设置，A模块的前部436抵靠B模块404的后部464。因此，前部冷却剂通道440与后部冷却剂通道472配合以形成第一并联回路416的冷却剂腔426，后部冷却剂通道446与前部冷却剂通道466配合以形成第二并联回路418的冷却剂腔432。在本示例性设计中，每个模块的前部冷却剂通道和后部冷却剂通道是不同并联回路的一部分。在示出的实施例中，对于每个A模块而言，前部冷却剂通道440是第一并联回路416的一部分，后部冷却剂通道446是第二并联回路418的一部分；对于每个B模块而言，前部冷却剂通道466是第二并联回路418的一部分，后部冷却剂通道472是第一并联回路416的一部分。
参照图19，第二端板408可限定浅型通道488，浅型通道488与所述堆的最末A模块的相邻的后部冷却剂通道446配合以限定第二并联回路418的第一冷却剂腔432。浅型通道488可包括从端板的外表面492凹入的底板490。侧壁494在外表面492和底板490之间延伸。端板408还可包括限定互连回路420的深型通道496。深型通道496比浅型通道488凹入端板中更深。深型通道496可包括底板498和侧壁500。侧壁500的一些部分在底板490和底板498之间延伸，其余部分在端板的外表面492和底板498之间延伸。第一端板406还可包括与第一模块的前部冷却剂通道440配合以限定第一并联回路416的第一冷却剂腔426的冷却剂通道。
尽管在上面描述了示例性实施例，但是这些实施例并不意在描述了权利要求所包含的所有可能的形式。在说明书中使用的词语是描述性词语而非限制性词语，应该理解的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可进行各种改变。如前所述，各个实施例的特征可被组合，以形成本发明的可能未被明确描述或示出的进一步的实施例。尽管各个实施例可能已被描述为提供优点或者在一个或更多个期望的特性方面优于其它实施例或现有技术的实施方式，但是本领域普通技术人员应该认识到，取决于具体的应用和实施方式，一个或更多个特征或特性可被折衷，以实现期望的整体系统属性。这些属性可包括但不限于成本、强度、耐久性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、尺寸、可维护性、重量、可制造性、易组装性等。因此，被描述为在一个或更多个特性方面不如其它实施例或现有技术的实施方式合意的实施例并不在本公开的范围之外，并且可被期望用于特定的应用。

Claims (10)

1.一种电力电子组件，包括：
多个电力模块，每个电力模块包括主体、功率级和冷却剂通道，所述功率级设置在主体中并具有相对的主侧，所述冷却剂通道在邻近于所述主侧中的一个的位置处限定于主体中，其中，所述多个电力模块被布置成堆，使得冷却剂通道与功率级交错，并且主体中的至少一个限定在相邻的冷却剂通道之间延伸的通路。
2.根据权利要求1所述的电力电子组件，其中，主体中的每个包括外表面，并且冷却剂通道凹入到主体中，使得冷却剂通道的侧壁从所述外表面朝向功率级的主侧延伸。
3.根据权利要求1所述的电力电子组件，其中，所述通路具有由冷却剂通道的底板限定的端口。
4.根据权利要求1所述的电力电子组件，其中，所述通路具有设置在主体的纵向中心线的一侧的进入端口以及设置在所述纵向中心线的另一侧的排出端口。
5.根据权利要求1所述的电力电子组件，其中，所述通路具有设置在主体的横向中心线的一侧的进入端口以及设置在所述横向中心线的另一侧的排出端口。
6.根据权利要求1所述的电力电子组件，其中，冷却剂通道中的每个包括凹入到主体中的底板，使得功率级的主侧中的一个形成所述底板的一部分，以允许冷却剂直接跨越功率级循环。
7.根据权利要求1所述的电力电子组件，所述电力电子组件还包括：
电容器组，电连接到功率级中的每个；以及
栅极驱动板，电连接到功率级中的每个。
8.一种电力电子组件，包括：
多个电力模块，每个电力模块包括设置在主体中的功率级，所述主体包括后部和前部，所述前部限定流体通道，所述流体通道具有限定第一端口的底板，第一端口经由在第一端口和限定于所述后部中的第二端口之间延伸的通路而流体地连接到第二端口，其中，所述多个电力模块被堆叠为使得从第二端口中的一个排出的流体立刻进入到流体通道中的一个。
9.根据权利要求8所述的电力电子组件，其中，所述多个电力模块中的一个的前部被设置为抵靠邻近的一个电力模块的后部。
10.一种用于电力逆变器的电力模块组件，所述电力模块组件包括：
第一电力模块和第二电力模块，每个电力模块包括封装在具有前侧和后侧的主体中的功率级，其中，所述第一电力模块和第二电力模块被布置成堆，使得第一电力模块的后侧被设置为抵靠第二电力模块的前侧；以及
冷却剂腔，凹入到所述主体中的至少一个中，且被设置在功率级之间并被布置为使流体循环以冷却功率级，其中，所述主体中的每个还限定在前侧和后侧之间延伸的通路并包括开口至所述冷却剂腔中的端口。
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