CN109588008A - 一种用于电动汽车的水冷功率模块 - Google Patents

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柳思奇
刘忠举
董梦龙
李鹏
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Abstract

本发明公开了一种用于电动汽车的水冷功率模块，包括水冷板以及设置在水冷板上的IGBT、放电电阻、熔断器和DC‑DC模块；水冷板包括上下开口中空的水冷板壳体，隔断层将水冷板壳体内部容腔分隔成上、下两层水路，水流导向骨将下层水路围成下层进水水路和下层出水水路，隔断层上开设有上层水路进水口和上层水路出水口，下层进水水路和下层出水水路上分别设置有水冷板进水口和水冷板出水口，水冷板壳体的下端开口处密封设置有下层水路密封层；本水冷功率模块冷却水先流经下层水路再冷却上层水路，整个水冷功率模块与控制器壳体之间水冷接口采用平面密封实现水路连接密封；本水冷功率模块集成度高，冷却效率高，冷却系统简单，可靠性高，同时加工成本低，外形美观，宜于市场推广。

Description

一种用于电动汽车的水冷功率模块
技术领域
本发明属于电动汽车驱动模块制造技术领域，具体涉及一种用于电动汽车的水冷功率模块。
背景技术
在能源危机日益严重和环境污染逐步加深的今天，新能源汽车正逐步取代传统化石燃料汽车，成为人们出行的交通工具。但是，国内由于新能源汽车发展起步较晚，还有很多问题尚且无法满足市场的需求，比如：电池续航能力不足，电池寿命较短，驱动模块集成度低、体积大、结构复杂等，很大程度上限制了新能源汽车的市场普及。
对于电驱模块，目前主流产品都是由电机和控制器组成，而控制器最核心的组件就是负责能量转换的功率模块。
目前市场出现的控制器功率模块主要面临集成度低如无法集成DC-DC模块，DC-DC模块需要外挂；水冷系统设计安装复杂，不仅影响了美观，而且复杂的水路连接还增加了制造成本和工作可靠性。
发明内容
本发明的目的在于根据现有技术的不足，设计一种用于电动汽车的双面布置的水冷功率模块，目的在于解决现有功率模块集成度低，冷却效率低，冷却系统复杂，可靠性低，同时加工成本高，外观不够美观等问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于电动汽车的水冷功率模块，包括水冷板以及设置在水冷板上的IGBT、放电电阻、熔断器和DC-DC模块；
所述的水冷板包括上下开口中空的水冷板壳体，所述的水冷板壳体内部容腔的中部设置有隔断层，所述的隔断层将水冷板壳体内部容腔分隔成上层水路和下层水路，所述的隔断层位于下层水路的端面上设置有水流导向骨，所述的水流导向骨将下层水路围成下层进水水路和下层出水水路，所述的隔断层的相应位置上开设有与下层进水水路配合使用的上层水路进水口，所述的隔断层的相应位置上还开设有与下层出水水路配合使用的上层水路出水口，所述的下层进水水路和下层出水水路的相应位置上分别设置有水冷板进水口和水冷板出水口，所述的水冷板壳体的下端开口处密封设置有下层水路密封层，所述的下层水路密封层的相应位置上设置有与水冷板进水口配合使用的水冷板进水孔，所述的下层水路密封层的相应位置上还设置有与水冷板出水口配合使用的水冷板出水孔，所述的IGBT密封设置在水冷板壳体的上端开口处并延伸进上层水路；
上、下两层水路通过位于隔断层上的上层水路进水口和上层水路出水口串联起来，外部冷却水先通过下层水路密封层上的水冷板进水孔进入，再由水冷板进水口流入下层进水水路，接着通过隔断层上的上层水路进水口进入上层水路，然后通过上层水路出水口流回下层出水水路，最后由下层出水水路的水冷板出水口通过下层水路密封层上的水冷板出水孔流出。
进一步，所述的上层水路位于水冷板壳体的上端开口处设置有上层水路-外部连通容腔，所述的水冷板壳体上设置有围绕上层水路-外部连通容腔的容腔周边密封槽，所述的容腔周边密封槽内设置有第一密封圈；所述的IGBT包括IGBT下部散热鳍片，所述的IGBT下部散热鳍片延伸进上层水路-外部连通容腔，所述的IGBT压紧容腔周边密封槽内的第一密封圈，实现上层水路密封。
进一步，所述的放电电阻和熔断器设置在水冷板的上端面，所述的DC-DC模块设置在水冷板的下端面。
更进一步，所述的水冷板壳体为一次铸造成型体。
本发明的有益效果是：
1.本发明的水冷板双面布置，不仅集成了功率转换器件IGBT等，还集成了DC-DC模块，集成度更高。
2.本发明水冷板的冷却水路采用上下双层设计，冷却水先流经下层水路再冷却上层水路，且IGBT的IGBT下部散热鳍片延伸进上层水路，器件冷却效率更高，可以提高模块功率等级。
3.本发明的水冷功率模块与控制器壳体之间采用平面密封方式实现水路连接密封，省掉了水路连接外挂器件如水嘴、水管等，简化了水路，提高了可靠性，同时降低了成本。
4.运用本发明的水冷功率模块组装的控制器体积更小，连接装配更方便高效，外形也更美观。
附图说明
图1是本发明的主视图；
图2是本发明的后视图；
图3是本发明水冷板的后视图；
图4是本发明水冷板去掉下层水路密封层后的水路内部结构后视图；
图5是本发明水冷板的主视图；
图6是本发明IGBT的侧视图；
图7是本发明所在控制器壳体的俯视图；
图8是本发明和控制器壳体组装之后的俯视图。
各附图标记为：1—水冷板，2—IGBT，3—放电电阻，4—熔断器，5—DC-DC模块，6—下层水路密封层，7—水冷板进水口，8—水冷板出水口，9—上层水路进水口，10—上层水路出水口，11—上层水路-外部连通容腔，12—容腔周边密封槽，13—IGBT下部散热鳍片，14—控制器壳体，15—控制器壳体安装平面，16—控制器壳体内部进水口，17—控制器壳体内部出水口，18—内部进出水口周边密封槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参照图1至图8所示，本发明针对主流电驱模块存在的问题，提出了一种集成度高，冷却效率高，冷却系统结构简单，安装方便的双面布置水冷功率模块，包括水冷板1以及设置在水冷板1上的IGBT 2、放电电阻3、熔断器4和DC-DC模块5，所述的IGBT 2、放电电阻3和熔断器4设置在水冷板1的上端面，所述的DC-DC模块5设置在水冷板1的下端面。
所述的水冷板1包括上下开口中空的水冷板壳体，所述的水冷板壳体内部容腔的中部设置有隔断层，所述的隔断层将水冷板壳体内部容腔分隔成上层水路和下层水路，所述的隔断层位于下层水路的端面上设置有水流导向骨，所述的水流导向骨将下层水路围成下层进水水路和下层出水水路，所述的隔断层的相应位置上开设有与下层进水水路配合使用的上层水路进水口9，所述的隔断层的相应位置上还开设有与下层出水水路配合使用的上层水路出水口10，所述的下层进水水路和下层出水水路的相应位置上分别设置有水冷板进水口7和水冷板出水口8，所述的水冷板壳体的下端开口处密封设置有下层水路密封层6，所述的下层水路密封层6的相应位置上设置有与水冷板进水口7配合使用的水冷板进水孔，所述的下层水路密封层6的相应位置上还设置有与水冷板出水口8配合使用的水冷板出水孔。
所述的上层水路位于水冷板壳体的上端开口处设置有上层水路-外部连通容腔11，所述的水冷板壳体上设置有围绕上层水路-外部连通容腔11的容腔周边密封槽12，所述的容腔周边密封槽12内设置有第一密封圈；所述的IGBT 2包括IGBT下部散热鳍片13，所述的IGBT下部散热鳍片13延伸进上层水路-外部连通容腔11，所述的IGBT 2压紧容腔周边密封槽12内的第一密封圈，实现上层水路密封。
所述的水冷板壳体为一次铸造成型体。
本发明的水冷功率模块的水路的流通顺序为：上、下两层水路通过位于隔断层上的上层水路进水口9和上层水路出水口10串联起来，外部冷却水先通过下层水路密封层6上的水冷板进水孔进入，再由水冷板进水口7流入下层进水水路，先冷却DC-DC模块5，接着通过隔断层上的上层水路进水口9进入上层水路，水流经上层水路的上层水路-外部连通容腔11，冷却IGBT 2，然后通过上层水路出水口10流回下层出水水路，最后由下层出水水路的水冷板出水口8通过下层水路密封层6上的水冷板出水孔流出水冷功率模块。
本发明的水冷功率模块的连接关系是：在功率模块水冷板1的下端面上装上DC-DC模块5并将DC-DC模块5用螺钉紧固在水冷板1下端面上，接着在水冷板1的上端面装上IGBT2、熔断器4和放电电阻3，让IGBT2的IGBT下部散热鳍片13插入水冷板1的上层水路-外部连通容腔11内，同时让IGBT2下表面压紧围绕上层水路-外部连通容腔11的容腔周边密封槽12内的第一密封圈实现上层水路密封。待本发明的水冷功率模块组装完成后，再整体放入控制器壳体14内部的控制器壳体安装平面15上，让水冷功率模块水冷板1下端面上的水冷板进水口7和水冷板出水口8分别与控制器壳体安装平面15上的控制器壳体内部进水口16和控制器壳体内部出水口17对齐，并让水冷板1下端面压紧分别围绕控制器壳体内部进水口16和控制器壳体内部出水口17周边的内部进出水口周边密封槽18内的第二密封圈，实现水冷接口连接密封，最后将本发明的水冷功率模块紧定在控制器壳体14内部的控制器壳体安装平面15上。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种用于电动汽车的水冷功率模块，其特征在于：包括水冷板（1）以及设置在水冷板（1）上的IGBT（2）、放电电阻（3）、熔断器（4）和DC-DC模块（5）；
所述的水冷板（1）包括水冷板壳体和设于水冷板壳体内的隔断层，所述的隔断层将水冷板壳体内部分隔成上层水路和下层水路，所述的隔断层位于下层水路的端面上设置有水流导向骨，所述的水流导向骨将下层水路围成下层进水水路和下层出水水路，所述的隔断层上开设有与下层进水水路适配的上层水路进水口（9），所述的隔断层上还开设有与下层出水水路适配的上层水路出水口（10），所述的下层进水水路和下层出水水路上分别设置有水冷板进水口（7）和水冷板出水口（8），所述水冷板壳体的下端开口处密封设置有下层水路密封层（6），所述的下层水路密封层（6）上设置有与水冷板进水口（7）适配的水冷板进水孔，所述的下层水路密封层（6）上还设置有与水冷板出水口（8）适配的水冷板出水孔，所述的IGBT（2）密封设置在水冷板壳体的上端开口处并延伸进上层水路；
所述的上层水路和下层水路通过上层水路进水口（9）和上层水路出水口（10）串联起来，外部冷却水先通过下层水路密封层（6）上的水冷板进水孔进入，再由水冷板进水口（7）流入下层进水水路，通过隔断层上的上层水路进水口（9）进入上层水路，然后通过上层水路出水口（10）流回下层出水水路，由下层出水水路的水冷板出水口（8）通过下层水路密封层（6）上的水冷板出水孔流出。
2.根据权利要求1所述的一种用于电动汽车的水冷功率模块，其特征在于，所述的上层水路位于水冷板壳体的上端开口处设置有上层水路-外部连通容腔（11），所述的水冷板壳体上设置有围绕上层水路-外部连通容腔（11）的容腔周边密封槽（12），所述的容腔周边密封槽（12）内设置有第一密封圈；所述的IGBT（2）包括IGBT下部散热鳍片（13），所述的IGBT下部散热鳍片（13）延伸进上层水路-外部连通容腔（11），所述的IGBT（2）压紧容腔周边密封槽（12）内的第一密封圈，实现上层水路密封。
3.根据权利要求2所述的一种用于电动汽车的水冷功率模块，其特征在于，所述的放电电阻（3）和熔断器（4）设置在水冷板（1）的上端面，所述的DC-DC模块（5）设置在水冷板（1）的下端面。
4.根据权利要求3所述的一种用于电动汽车的水冷功率模块，其特征在于，所述的水冷板壳体为一次铸造成型体。
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