CN109548371A - 一种电动汽车控制器结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车控制器结构，包括控制器本体，控制器本体包括控制器外壳，所述控制器外壳的底部开设有向控制器外壳的内部凹陷的水冷槽，控制器外壳具有两组进出水口单元，两组进出水口单元以择一方式与水冷槽导通设置；水冷槽内设置有翅片组件，翅片组件包括一个直线型翅片、一个U型翅片以及若干S型翅片，直线型翅片与S型翅片之间、S型翅片与S型翅片之间、U型翅片与S型翅片之间均构成水导流通道，直线型翅片两侧、U型翅片两侧以及S型翅片两侧分别设置有若干分布均匀的凸起块，相邻凸起块错位分布。本发明提供的一种电动汽车控制器结构，其结构合理，水冷散热效果好、效率更高。

Description

一种电动汽车控制器结构

技术领域

本发明属于控制器技术领域，尤其涉及一种电动汽车控制器结构。

背景技术

电动车控制器是用来控制电动车电机的启动、运行、进退、速度、停止以及电动车的其他电子器件的核心控制器，它就像电动车的大脑，是电动车上重要的部件。各种电子元器件的运行过程中会产生热量，所以控制器的散热显得尤为重要。冷板作为冷却系统的重要组成部分，主要是将发热元器件产生的热量与冷却液充分交换。为了确保器件的发热表面在被液体冷却时能把所耗散的热量尽量全部带走，器件与冷板的接触和冷板的热阻就显得尤为重要。现有的电动控制器由于其冷板伤翅片的结构以及布局方式不合理，导致控制器散热效果不好，水冷散热效率非常低。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种电动汽车控制器结构，其结构合理，水冷散热效果好、效率更高。

技术方案：为实现上述目的，本发明的一种电动汽车控制器结构，包括控制器本体，所述控制器本体包括控制器外壳，所述控制器外壳的底部开设有向控制器外壳的内部凹陷的水冷槽，所述控制器外壳具有两组进出水口单元，两组所述进出水口单元以择一方式与水冷槽导通设置；两组所述进出水口单元分别为第一进出水口单元和第二进出水口单元，所述第一进出水口单元位于控制器外壳长度方向的侧面，所述第二进出水口单元位于控制器外壳宽度方向的侧面；

所述水冷槽内设置有翅片组件，所述翅片组件包括一个直线型翅片、一个U型翅片以及若干S型翅片，所述直线型翅片沿U型翅片的中心线伸入U型翅片内部设置，若干所述S型翅片部分穿过U型翅片内部设置，且若干S型翅片并行排列；所述直线型翅片与S型翅片之间、S型翅片与S型翅片之间、U型翅片与S型翅片之间均构成水导流通道，所述直线型翅片两侧、U型翅片两侧以及S型翅片两侧分别设置有若干分布均匀的凸起块，相邻翅片上的所述凸起块错位分布。

进一步地，同一翅片上的相邻两个凸起块以距离S分布，连接相邻翅片上相距最近的两个凸起块构成长度为L的倾斜辅助连线，所述倾斜辅助连线与翅片呈直线状的部分具有夹角α，所述S、α、L三者满足关系式：S/2＝L·cosα。

进一步地，所述直线型翅片两侧、U型翅片两侧以及S型翅片两侧分别设置有若干分布均匀的凸起块，相邻翅片上的所述凸起块平行分布。

进一步地，所述凸起块呈竖直的流线型，其表面光滑且无毛刺。

进一步地，所述水冷槽的底板为冷板，冷板水冷散热满足公式：

T_out＝T_in﹢[Q/(ρ·ν·Cp)]

其中，T_out为冷却液体出口温度，T_in为冷却液体进口温度，Q为冷板上发热器件的总热耗散功率，ρ为液体的密度，ν为冷却液流速，Cp为冷却液体的比热容。

进一步地，冷板的标准化热阻满足公式：

θ＝(T_max﹣T_out)·(A/Q)

其中，θ为热阻，T_max为允许的最高表面温度，T_out为冷却液体出口温度，A为被冷却区域的面积，Q为冷板上发热器件的总热耗散功率。

进一步地，所述第一进出水口单元包括第一进水口和第一出水口，所述第二进出水口单元包括第二进水口和第二出水口，所述第一进水口与第一出水口之间设置有至少一块第一隔板，所述所述第二进水口与第二出水口之间设置有至少一块第二隔板，第一隔板以及第二隔板分别连接U型翅片的外侧面与水冷槽的内槽壁设置；

机加工切除所有所述第二隔板以及机加工导通第一进水口、第一出水口，可使所述第一进水口、水冷槽、第一出水口相互贯通；

机加工切除所有所述第一隔板以及机加工导通第二进水口、第一出水口，可使所述第二进水口、水冷槽、第二出水口相互贯通。

有益效果：本发明的一种电动汽车控制器结构，有益效果如下：

1)现有的控制器外壳都只有一个进水口和一个出水口，导致外接水管被统一定向在一个方向，不能够根据客户需要进行外接水管的方向性改变，不能够满足客户的不同需求，设置的两组进出水口单元，第一进出水口单元和第二进出水口单元分布位置合理，满足了两种方向上都可以外接水管，客户能够根据实际情况，灵活选择，从而满足客户的不同需求；

2)具有不同结构的翅片，大大增加水冷散热效率；

3)翅片带凸起块，能够增加接触面积，进而大大提高水冷散热效率；

4)相邻翅片上凸起块错位分布，水冷散热效果好、效率更高；

附图说明

附图1为控制器外壳的整体结构示意图；

附图2为相邻翅片上凸起块错位分布状态的结构示意图一；

附图3为相邻翅片上凸起块错位分布状态的结构示意图二；

附图4为相邻翅片上凸起块平行分布状态的结构示意图；

附图5为工况一(凸起块布局方式一)状态下流体温升、固体温度的仿真图；

附图6为工况一(凸起块布局方式一)状态下流体流速仿真示意图；

附图7为工况一(凸起块布局方式一)状态下流体压力损失仿真图；

附图8为工况二状态下流体温升、固体温度的仿真图；

附图9为工况二状态下流体流速仿真示意图；

附图10为工况二状态下流体压力损失仿真图；

附图11为凸起块布局方式二状态下流体温升、固体温度的仿真图；

附图12为凸起块布局方式二状态下流体流速仿真示意图；

附图13为凸起块布局方式二状态下流体压力损失仿真图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如附图1至附图3所示，一种电动汽车控制器结构，包括控制器本体，所述控制器本体包括控制器外壳1，所述控制器外壳1的底部开设有向控制器外壳1的内部凹陷的水冷槽2，所述控制器外壳1具有两组进出水口单元，现有的控制器外壳都只有一个进水口和一个出水口，导致外接水管被统一定向在一个方向，不能够根据客户需要进行外接水管的方向性改变，不能够满足客户的不同需求，设置的两组进出水口单元，客户能够根据实际情况，灵活选择，从而满足客户的不同需求，两组所述进出水口单元以择一方式与水冷槽2导通设置，控制器外壳1刚生产出来时，两组进出水口单元刚生产出来时都是与水冷槽2不导通的，当得知客户需要使用哪组进出水口单元时，生产厂家再进行机加工导通需要使用的那一组进出水口单元，或者客户自己进行机加工导通。两组所述进出水口单元分别为第一进出水口单元9和第二进出水口单元4，所述第一进出水口单元9位于控制器外壳1长度方向的侧面，所述第二进出水口单元4位于控制器外壳1宽度方向的侧面，第一进出水口单元9和第二进出水口单元4分布位置合理，满足了两种方向上都可以外接水管：即控制器外壳1长度方向的侧面和控制器外壳1宽度方向的侧面，满足了客户的不同需求。

所述水冷槽2内设置有翅片组件3，所述翅片组件3包括一个直线型翅片31、一个U型翅片32以及若干S型翅片33，所述直线型翅片31沿U型翅片32的中心线伸入U型翅片32内部设置，若干所述S型翅片33部分穿过U型翅片32内部设置，且若干S型翅片33并行排列，具有不同结构的翅片，大大增加水冷散热效率；所述直线型翅片31与S型翅片33之间、S型翅片33与S型翅片33之间、U型翅片32与S型翅片33之间均构成水导流通道7，所述直线型翅片31两侧、U型翅片32两侧以及S型翅片33两侧分别设置有若干分布均匀的凸起块8，设置的凸起块5能够增加接触面积进而大大提高水冷散热效率，相邻翅片上的所述凸起块8错位分布。

同一翅片上的相邻两个凸起块8以距离S分布，连接相邻翅片上相距最近的两个凸起块8构成长度为L的倾斜辅助连线10，所述倾斜辅助连线10与翅片呈直线状的部分具有夹角α，所述S、α、L三者满足关系式：S/2＝L·cosα。

如附图4所示，所述直线型翅片31两侧、U型翅片32两侧以及S型翅片33两侧分别设置有若干分布均匀的凸起块8，相邻翅片上的所述凸起块8平行分布。

所述凸起块8呈竖直的流线型，其表面光滑且无毛刺，有效减小了水流阻力。

所述水冷槽2的底板为冷板，冷板水冷散热满足公式：

T_out＝T_in﹢[Q/(ρ·ν·Cp)]

其中，T_out为冷却液体出口温度，T_in为冷却液体进口温度，Q为冷板上发热器件的总热耗散功率，ρ为液体的密度，ν为冷却液流速，Cp为冷却液体的比热容。

冷板的标准化热阻满足公式：

θ＝(T_max﹣T_out)·(A/Q)

其中，θ为热阻，T_max为允许的最高表面温度，T_out为冷却液体出口温度，A为被冷却区域的面积，Q为冷板上发热器件的总热耗散功率。

根据案例计算分析：

工况条件：驱动器功率30KW，功率模块IGBT效率95％，功率模块损耗为1500W，IGBT晶片安全温度小于150℃，为了安全起见，要求降额使用，安全温度小于120℃。根据IGBT使用说明书：IGBT的结壳温升为30℃。则：

T_out＝65℃﹢[1500W/(1×1000×0.00033×4200)]≈66.08℃﹤90℃

计算得出：出水温度(温升)为66.08℃，冷板能解决发热的问题。

θ＝(90﹣66.08)·(23817/1500W)≈0.0381W/㎡

本发明中，S为50mm，夹角α为30°，由关系式S/2＝L·cosα可得出：

L＝50÷2÷cos30°≈28.9mm

针对翅片是否带凸起块8的两种工况进行热平衡仿真验证比较。

工况一：翅片带凸起块8，如附图5至附图7所示，凸起块8分布满足关系式S/2＝L·cosα，其中S为50mm，夹角α为30°，L为28.9mm。

工况二：翅片不带凸起块8，如附图8至附图10所示。

仿真验证操作如下：

边界条件：1、输入数据：

(1)功率模块IGBT损耗1500W；

(2)冷却液体为水，设置进水口流体流量20L/min，热动力参数为20℃；

(3)设置出水口流体流量为环境压力；

(4)IGBT所在区域设置表面热源1500W；

(5)重力方向垂直向下；

(6)环境温度为20℃；

(7)固体材料为硅铝合金；

2、求解目标：

(1)流体压力损失；

(2)流体流速；

(3)流体温升；

(4)固体温度；

工况一：翅片带凸起块8；从附图4得出：功率模块IGBT与壳体接触面的表面温度最大75.81℃，进水温度65℃，出水温度66.15℃，则流体温升为1.15℃；从附图5得出：流体的最大流速为3.185m/s；从附图6得出：流体压力损失为进出水口的压力差20KPa。

工况二：翅片不带凸起块8；从附图7得出：功率模块IGBT与壳体接触面的表面温度最大78.34℃，进水温度65℃，出水温度66.23℃，则流体温升1.23℃；从附图8得出：流体的最大流速为3.837m/s；从附图9得出：压力损失为进水口的压力差22KPa。

两种工况对比表格如表格一：

表格一

从表格一可以得出：带凸台的翅片水道的IGBT晶片结温为105.01℃，不带凸台的翅片水道的IGBT晶片结温为108.34℃，两个相差3.33℃。因此，翅片带凸起块8能够明显提高散热效率。

凸起块8的布局具有两种方式，采用热平衡仿真进行两种方式的效果分析、比较。

方式一：相邻翅片上凸起块8错位分布，如附图5至附图7所示，凸起块8分布满足关系式S/2＝L·cosα，其中S为50mm，夹角α为30°，L为28.9mm。

方式二：相邻翅片上凸起块8平行分布，如附图11至附图13所示。

仿真验证操作如下：

边界条件：1、输入数据：

(1)功率模块IGBT损耗1500W；

(2)冷却液体为水，设置进水口流体流量20L/min，热动力参数为20℃；

(3)设置出水口流体流量为环境压力；

(4)IGBT所在区域设置表面热源1500W；

(5)重力方向垂直向下；

(6)环境温度为20℃；

(7)固体材料为硅铝合金；

2、求解目标：

(1)流体压力损失；

(2)流体流速；

(3)流体温升；

(4)固体温度；

方式一：相邻翅片上凸起块8错位分布；从附图4得出：功率模块IGBT与壳体接触面的表面温度最大75.81℃，进水温度65℃，出水温度66.15℃，则流体温升为1.15℃；从附图5得出：流体的最大流速为3.185m/s；从附图6得出：流体压力损失为进出水口的压力差20KPa。

方式二：相邻翅片上凸起块8平行分布；从附图10得出：功率模块IGBT与壳体接触面的表面温度最大77.94℃，进水温度65℃，出水温度66.11℃，则流体温升为1.11℃；从附图11得出：流体的最大流速为3.735m/s；从附图12得出：流体压力损失为进出水口的压力差27KPa。

两种方式对比表格如表格二：

表格二

从表格二可以得出：相邻翅片上凸起块8错位分布的翅片水道的IGBT晶片结温为105.01℃，相邻翅片上凸起块平行分布的翅片水道的IGBT晶片结温为107.94℃，两个相差4.93℃。因此，相邻翅片上凸起块错位分布的翅片水道散热效率更高。

综上所述，本发明的控制器所设计的翅片结构独特、合理，能够大大提高翅片水道散热效率。

所述第一进出水口单元9包括第一进水口91和第一出水口92，所述第二进出水口单元4包括第二进水口41和第二出水口42，所述第一进水口91与第一出水口92之间设置有至少一块第一隔板5，所述所述第二进水口41与第二出水口42之间设置有至少一块第二隔板6，第一隔板5以及第二隔板6分别连接U型翅片32的外侧面与水冷槽2的内槽壁设置。

外接水管时，客户根据需求则会进行如下两种情况的加工选择：

第一种：机加工切除所有所述第二隔板6以及机加工导通第一进水口91、第一出水口92，可使所述第一进水口91、水冷槽2、第一出水口92相互贯通；

第二种：机加工切除所有所述第一隔板5以及机加工导通第二进水口41、第一出水口42，可使所述第二进水口41、水冷槽2、第二出水口42相互贯通。

两种情况，客户根据需求任选其一。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种电动汽车控制器结构，其特征在于：包括控制器本体，所述控制器本体包括控制器外壳(1)，所述控制器外壳(1)的底部开设有向控制器外壳(1)的内部凹陷的水冷槽(2)，所述控制器外壳(1)具有两组进出水口单元，两组所述进出水口单元以择一方式与水冷槽(2)导通设置；两组所述进出水口单元分别为第一进出水口单元(9)和第二进出水口单元(4)，所述第一进出水口单元(9)位于控制器外壳(1)长度方向的侧面，所述第二进出水口单元(4)位于控制器外壳(1)宽度方向的侧面；

所述水冷槽(2)内设置有翅片组件(3)，所述翅片组件(3)包括一个直线型翅片(31)、一个U型翅片(32)以及若干S型翅片(33)，所述直线型翅片(31)沿U型翅片(32)的中心线伸入U型翅片(32)内部设置，若干所述S型翅片(33)部分穿过U型翅片(32)内部设置，且若干S型翅片(33)并行排列；所述直线型翅片(31)与S型翅片(33)之间、S型翅片(33)与S型翅片(33)之间、U型翅片(32)与S型翅片(33)之间均构成水导流通道(7)，所述直线型翅片(31)两侧、U型翅片(32)两侧以及S型翅片(33)两侧分别设置有若干分布均匀的凸起块(8)，相邻翅片上的所述凸起块(8)错位分布。

2.根据权利要求1所述的一种电动汽车控制器结构，其特征在于：同一翅片上的相邻两个凸起块(8)以距离S分布，连接相邻翅片上相距最近的两个凸起块(8)构成长度为L的倾斜辅助连线(10)，所述倾斜辅助连线(10)与翅片呈直线状的部分具有夹角α，所述S、α、L三者满足关系式：S/2＝L·cosα。

3.根据权利要求1所述的一种电动汽车控制器结构，其特征在于：所述直线型翅片(31)两侧、U型翅片(32)两侧以及S型翅片(33)两侧分别设置有若干分布均匀的凸起块(8)，相邻翅片上的所述凸起块(8)平行分布。

4.根据权利要求3所述的一种电动汽车控制器结构，其特征在于：所述凸起块(8)呈竖直的流线型，其表面光滑且无毛刺。

5.根据权利要求4所述的一种电动汽车控制器结构，其特征在于：所述水冷槽(2)的底板为冷板，冷板水冷散热满足公式：

T_out＝T_in﹢[Q/(ρ·ν·Cp)]

其中，T_out为冷却液体出口温度，T_in为冷却液体进口温度，Q为冷板上发热器件的总热耗散功率，ρ为液体的密度，ν为冷却液流速，Cp为冷却液体的比热容。

6.根据权利要求5所述的一种电动汽车控制器结构，其特征在于：冷板的标准化热阻满足公式：

θ＝(T_max﹣T_out)·(A/Q)

其中，θ为热阻，T_max为允许的最高表面温度，T_out为冷却液体出口温度，A为被冷却区域的面积，Q为冷板上发热器件的总热耗散功率。

7.根据权利要求1所述的一种电动汽车控制器结构，其特征在于：所述第一进出水口单元(9)包括第一进水口(91)和第一出水口(92)，所述第二进出水口单元(4)包括第二进水口(41)和第二出水口(42)，所述第一进水口(91)与第一出水口(92)之间设置有至少一块第一隔板(5)，所述所述第二进水口(41)与第二出水口(42)之间设置有至少一块第二隔板(6)，第一隔板(5)以及第二隔板(6)分别连接U型翅片(32)的外侧面与水冷槽(2)的内槽壁设置；

机加工切除所有所述第二隔板(6)以及机加工导通第一进水口(91)、第一出水口(92)，可使所述第一进水口(91)、水冷槽(2)、第一出水口(92)相互贯通；

机加工切除所有所述第一隔板(5)以及机加工导通第二进水口(41)、第一出水口(42)，可使所述第二进水口(41)、水冷槽(2)、第二出水口(42)相互贯通。