CN110942888B - 充放电模块及其电感元件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种充放电模块及其电感元件，电感元件包括：安装壳，包括至少两个壳壁，壳壁与壳壁相连，壳壁中均设置有冷媒流道，各壳壁内的冷媒流道相通；安装壳内填充有灌封胶；线圈，通过灌封胶固定在安装壳中。在安装壳中相邻的壳壁内布置冷媒流道，且相邻壳壁内冷媒流道相通，与现有技术中线圈通过安装壳的一个侧面与冷板进行热交换的方案相比，增加了线圈与外界进行热交换的面积，提高了线圈的散热效率；并且线圈直接与壳壁进行热交换，缩短了热传递路径，增加散热速度，使散热效果更好。

Description

充放电模块及其电感元件

技术领域

本发明涉及一种充放电模块及其电感元件。

背景技术

现有技术中，电动汽车如果想要实现快速充电就要提高功率模块的输出功率，但输出功率提高的同时也会导致部分元器件发热严重，甚至会停止工作、爆炸。传统的风冷散热已经不能满足这些大功率元器件的散热需求，所以现有技术中大多采用水冷的方式来对大功率元器件进行散热。

如图1所示，为现有技术中功率模块的一种布置结构，功率模块包括箱体，在向内布置有元器件和对元器件进行冷却散热的冷板10，元器件中发热量较大的有两种，分别为IGBT模块和电感元件12。箱体内还设置有与冷板10间隔布置的印制板，印制板11的上表面连接有电容14，IGBT模块连接在印制板11的下表面上并位于冷板10与印制板11之间，IGBT模块朝下的一面紧贴冷板10。电感元件12包括灌封盒13，灌封盒13内布置有线圈以及填充有固定线圈的灌封胶，灌封盒13的底面贴紧冷板10。

冷板能够与IGBT直接进行热交换对其进行散热，电感元件与冷板之间通过灌封胶传递热量进行散热。其中存在的问题是：冷板只能够与电感元件的一个侧面接触，热交换的面积有限，当电感元件发热量过大时，仅依靠与灌封盒贴紧的冷板已不能够满足散热降温需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电感元件，能够解决现有技术中仅依靠冷板已无法满足电感元件散热需求的问题；

本发明另外的目的在于提供一种充放电模块，具有散热效果好、经济效益好的优点。

为实现上述目的，本发明中的电感元件采用如下技术方案：

电感元件，包括：

安装壳，包括至少两个壳壁，壳壁与壳壁相连，壳壁中均设置有冷媒流道，各壳壁内的冷媒流道相通；

安装壳内填充有灌封胶；

线圈，通过灌封胶固定在安装壳中。

其有益效果在于：在安装壳中相邻的壳壁内布置冷媒流道，且相邻壳壁内冷媒流道相通，与现有技术中线圈通过安装壳的一个侧面与冷板进行热交换的方案相比，增加了线圈与外界进行热交换的面积，提高了线圈的散热效率；并且线圈直接与壳壁进行热交换，缩短了热传递路径，增加散热速度，使散热效果更好。

进一步的，安装壳的壳壁有四个且围成框形，线圈通过灌封胶固定在框内空间中。

其有益效果在于：一方面来说，利用框形结构来对线圈进行灌封，灌封结构更加可靠、稳定，另一方面框形结构的四个壳壁形成了围绕线圈一周的换热结构，增加了换热面积，提高了散热效率。

进一步的，安装壳的壳壁有五个且围成盒形，线圈通过灌封胶固定在盒内空间中。

其有益效果在于：利用五个壳壁围成的盒形安装壳来灌封线圈，能够直接利用盒型安装壳中的底壁来支撑线圈，安装时比较方便，降低了装配难度，减少了生产成本。并且在满足出线要求的同时，使安装壳具有最大换热面积来与线圈进行换热，散热效率高。

进一步的，安装壳为长方体盒，冷媒流道的进口和出口分别处于在长度方向上相对的两壳壁上。

其有益效果在于：将冷媒流道的进口和出口布置在安装壳中相对的两壳壁上，能够使冷媒流动时均匀地带走安装壳上的热量，避免安装壳中某一处热量集中，使散热效果更好。

进一步的，壳壁的外侧面上设置有凹槽，凹槽中设置有隔断；凹槽开口处配置有封盖；冷媒流道由凹槽、隔断及封盖围合而成。

其有益效果在于：在安装壳上加工凹槽、凹槽内加工出隔断以及再布置封盖来围合成冷媒流道，加工方式简单，成本低。

为实现上述目的，本发明中的充放电模块采用如下技术方案：

充放电模块，包括：

印制板组件，包括印制板及安装在印制板上的IGBT模块；

冷板，与印制板间隔布置，IGBT模块与冷板的板面贴合以进行热交换；

电感元件，包括：安装壳，包括至少两个壳壁，壳壁与壳壁相连，壳壁中均设置有冷媒流道，各壳壁内的冷媒流道相通；安装壳内填充有灌封胶；线圈，通过灌封胶固定在安装壳中。

其有益效果在于：在安装壳中相邻的壳壁内布置冷媒流道，且相邻壳壁内冷媒流道相通，与现有技术中线圈通过安装壳的一个侧面与冷板进行热交换的方案相比，增加了线圈与外界进行热交换的面积，提高了线圈的散热效率；并且线圈直接与壳壁进行热交换，缩短了热传递路径，增加散热速度，散热效果更好，能够使充放电模块在允许温度范围内稳定工作，稳定性高。并且，安装壳通过增加换热面积来增加散热效率，能够使充放电模块更容易地达到散热要求，降低对冷媒泵送装置的功率要求，经济效益更好。

进一步的，安装壳的壳壁有四个且围成框形，线圈通过灌封胶固定在框内空间中。

其有益效果在于：一方面来说，利用框形结构来对线圈进行灌封，灌封结构更加可靠、稳定，另一方面框形结构的四个壳壁形成了围绕线圈一周的换热结构，增加了换热面积，提高了散热效率。

进一步的，安装壳的壳壁有五个且围成盒形，线圈通过灌封胶固定在盒内空间中。

其有益效果在于：利用五个壳壁围成的盒形安装壳来灌封线圈，能够直接利用盒型安装壳中的底壁来支撑线圈，安装时比较方便，降低了装配难度，减少了生产成本。并且在满足出线要求的同时，使安装壳具有最大换热面积来与线圈进行换热，散热效率高。

进一步的，安装壳为长方体盒，冷媒流道的进口和出口分别处于在长度方向上相对的两壳壁上。

其有益效果在于：将冷媒流道的进口和出口布置在安装壳中相对的两壳壁上，能够使冷媒流动时均匀地带走安装壳上的热量，避免安装壳中某一处热量集中，使散热效果更好。

进一步的，壳壁的外侧面上设置有凹槽，凹槽中设置有隔断；凹槽开口处配置有封盖；冷媒流道由凹槽、隔断及封盖围合而成。

其有益效果在于：在安装壳上加工凹槽、凹槽内加工出隔断以及再布置封盖来围合成冷媒流道，加工方式简单，成本低。

进一步的，安装壳内的冷媒流道与冷板中的冷却流道串接连通。

其有益效果在于：冷媒流道与冷却流道连通，能够利用一个冷源来使冷媒在安装壳及冷板中循环流动，简化了安装壳及冷板的连接结构，减少了泄漏的风险，提高了充放电模块的可靠性和稳定性。

进一步的，电感元件有两个，两个电感元件的安装壳内的冷媒流道分别串接在冷却流道的上、下游。

其有益效果：将安装壳中冷媒流道串接在冷却流道的上、下游，操作人员可以直接将冷源连接在安装壳上，安装壳上具有足够的面积来设置与供冷源进出安装壳的接口，通过调整接口大小能够控制冷媒进出安装壳的速度，既能够实现方便接线及控制冷媒流速、冷却速度，有能够保证冷媒在安装壳-冷板-安装壳中均匀流动。

进一步的，壳壁的外侧面上设置有凹槽，凹槽中设置有隔断；凹槽开口处配置有封盖；冷媒流道由凹槽、隔断及封盖围合而成。

其有益效果在于：在安装壳上加工凹槽、凹槽内加工出隔断以及再布置封盖来围合成冷媒流道，加工方式简单，便于实现。

进一步的，充放电模块包括箱体，箱体中相对的两侧壁上分别露出有用于连通冷源与冷媒流道和/或冷却流道的接头以及与外接线路连接的接线端子。

其有益效果在于：将与冷源连接的接头和与外界电连接的接线端子分开布置在相对两侧壁上，能够保证液冷/气冷这一路与电路在结构上互不干涉，保证了液冷/气冷以及电路单独的安全性，提高了充放电模块整体的安全性和可靠性。

附图说明

图1为现有技术中功率模块布置结构的示意图；

图2为本发明中充放电模块实施例1的第一立体结构示意图，图中省去了充放电模块箱体中的顶盖及侧板；

图3为本发明中充放电模块实施例1的第二立体结构示意图，图中省去了充放电模块箱体中的顶盖及侧板；

图4为本发明中充放电模块实施例1中IGBT模块与冷板相对位置的示意图；

图5为本发明中充放电模块实施例1中第一电感元件的安装壳的结构示意图；

图6为本发明中充放电模块实施例1中第一电感元件的安装壳未配置封盖的第一结构视图；

图7为本发明中充放电模块实施例1中第一电感元件的安装壳未配置封盖的第二结构视图；

图中：

10-冷板；11-印制板；12-电感元件；13-灌封盒；14-电容；

20- 充放电模块；30-冷板；40-印制板；

50-第一电感元件；51-安装壳；511-凹槽；512-隔断；513-内腔；52-快接接头；53-封盖；54-法兰接头；

60-第二电感元件；61-安装壳；62-快接接头；64-法兰接头；

70-接线端子；80-电容元件；90-IGBT模块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以下结合实施例对本发明中充放电模块及电感元件的特征和性能作进一步的详细描述。

本发明中充放电模块的实施例1：如图2、图3及图4所示，充放电模块20包括箱体，以及冷板30，由印制板40、IBGT模块90、电容元件80组成的印制板组件以及电感元件等元器件。现以图2中所示的方向表达充放电模块中各个部分的相对位置，具体来讲，充放电模块20的箱体的底部贴设有冷板30，印制板40布置在冷板30上方并与冷板30之间具有一定间隔。电感元件有两个，分别为第一电感元件50和第二电感元件60，两电感元件沿左右方向间隔布置，且底部均贴合在冷板30上，印制板40布置在两电感元件之间的间隔中。

两电感元件的结构相同，区别仅在于尺寸不同，现以第一电感元件50为例来说明电感元件的结构：第一电感元件50包括安装壳51，安装壳51内设置有线圈并填充有固定线圈的灌封胶，灌封胶除了能够固定线圈还能够起到导热作用。安装壳51的底部贴紧在冷板30上。两电感元件之间的间隔中布置有沿前后方向延伸的印制板40，冷板30上安装有用于固定印制板40的支柱，印制板40安装在支柱上，并与冷板30在上下方向上间隔布置。冷板30的顶面上安装有电容元件80，印制板40的底面即朝向冷板30的一面安装有IGBT模块90，IGBT模块90朝向冷板30的一面贴紧在冷板30上。

第一电感元件50和第二电感元件60上分别设置有与外界冷源连接的冷媒总进口和冷媒总出口，与冷媒总进口和冷媒总出口在前后方向上相对的一端，设置有充放电模块20的接线端子70，接线端子70与印制板40之间电连接，将用于与冷源连接的接口和与外接线路连接的接线端子70分别布置在箱体相对两端，安全性高。

本发明中的冷板30能够对其上承载的电感元件以及IGBT模块等元器件进行热交换，冷板30中设置有供冷媒循环流动的冷却流道，为满足大功率散热要求，电感元件的安装壳中也设置有冷媒流道，冷媒流道与冷板中的冷却流道连通，使电感元件的换热面积增加，提高散热效率及效果。

具体来讲，如图5、图6及图7所示，以第一电感元件50为例，安装壳51包括底壁，底壁呈长方形，底壁的四条侧边上连接有与底壁垂直的侧壁，底壁与侧壁配合围成了一个长方形盒体，盒体的开口在装配时供线圈及灌封胶进出，在使用时供线圈与外界接线，盒体的内腔用于容纳线圈及灌封胶。

安装壳的四个侧壁及底壁中均设置有冷媒流道，具体来讲底壁及侧壁上设有凹向内腔的凹槽511，凹槽511中设置有将凹槽511内空间进行分隔的隔断512，隔断512能够减小流体的通流面积。各凹槽511的开口处均配置有封盖53，封盖53能够对凹槽511的开口进行封堵，使凹槽511与封盖53围成一个封闭空间，冷媒流道由凹槽511、封盖53及凹槽511中的隔断512共同围成。

安装壳51中，侧壁中的冷媒流道相互连通，并与底壁中的冷媒流道连通，线圈固定在安装壳中时，与侧壁对应的四个侧面以及与底壁对应的底面均能够与冷媒流道中的冷媒进行热交换，增加安装壳51与其中灌封胶及线圈进行热交换的面积。

冷板30中，仅对IGBT模块90所在的区域内布置有冷却流道，冷却流道的首尾两端分别与两个电感元件的安装壳中冷媒流道相通，使两个电感元件内的冷媒流道位于冷却流道的上游和下游，位于第一电感元件50和第二电感元件60下方的冷板30中未设置有冷却流道。

第一电感元件50的安装壳51中，沿前后方向间隔布置的两侧壁中，靠近外侧的一个侧壁上设置有安装壳51自身中冷媒流道的入口，该入口处设置有用于与冷源连通的快接接头52，该快接接头52作为由冷媒流道与冷却流道串接连通所形成通道的冷媒总入口。靠近内侧的一个侧壁上设置有安装壳51自身中冷媒流道的出口，该出口处设置有与冷板30连通的法兰接头54，法兰接头54与预设在冷板30上的接口对接，能够实现安装壳51中冷媒流道与冷板内冷却流道连通。

在第二电感元件的安装壳61中，沿前后方向间隔布置的两侧壁中，靠近外侧的一个侧壁上设置有安装壳61自身中冷媒流道的出口，该出口处设置有用于与冷源连通的快接接头62，该快接接头62作为由冷媒流道与冷却流道串接连通所形成通道的冷媒总出口。靠近内侧的一个侧壁上设置有安装壳61自身中冷媒流道的入口，该入口处连接有与冷板中冷却连通的法兰接头64，法兰接头64与预设在冷板上的接口对接，能够实现安装壳61中冷媒流道与冷板内冷却流道连通。

冷板30中的冷却流道集中在两电感元件之间的区域内，主要对贴设在冷板30上的IGBT模块90进行散热，冷却流道的首尾两端分别通过法兰接头54、64与对应电感元件的安装壳中冷媒流道连通。

本发明中的充放电模块20在工作时，其中的第一电感元件50、第二电感元件60及IGBT模块90作为主要发热元器件，需要更加注重这些元器件的散热。充放电模块20中的冷板30主要与IGBT模块90进行热交换，电感元件中的安装壳对安装壳中的线圈进行热交换。具体来讲，外界的冷源与第一电感元件50的安装壳51上的快接接头52连接，使冷媒进入到第一电感元件50的安装壳51中，并在安装壳51的侧壁及底壁中流动，与线圈的前后左右及底部进行热交换，增加了线圈与外界的换热面积，加快了散热效率，提高了散热效果。

冷媒在第一电感元件50的安装壳51中流动后通过法兰接头54进入到冷板30中的冷却流道中，与贴设在冷板30上的IGBT模块90进行热交换，以降低IGBT模块90的温度，保证IGBT模块90处于正常工作温度范围内。

冷板30中冷却流道的尾端通过法兰接头64与第二电感元件60的安装壳61中冷媒流道连通，冷媒随后进入到第二电感元件60的安装壳61中，在安装壳61中的冷媒流道中循环流动，与位于安装壳61内的线圈前后左右及底部进行热交换，冷媒在流经侧壁及底壁中的冷媒流道后，从快接接头62流出安装壳，循环至冷源中。

本发明中充放电模块的实施例2：与上述实施例的不同之处在于，本实施例中安装壳仅包括与呈垂直状态布置在冷板上的侧壁，侧壁彼此相连使安装壳形成了框形结构。此时灌封胶通过与侧壁粘连来使线圈固定在安装壳中。各侧壁中均设置有冷媒流道，相邻的侧壁中冷媒流道连通，侧壁对线圈的侧向进行围合，线圈的底部直接与冷板接触。此时冷板中可设置有位于线圈底部的冷却流道，冷却流道与冷媒流道连通，共用一个冷源。

本发明中充放电模块的实施例3：与上述实施例的不同之处在于，本实施例中安装壳中冷媒流道的进口与出口均与冷板上对应接口连通，与外界冷源连接的冷媒总进口和冷媒总出口布置在冷板上。

本发明中充放电模块的实施例4：与上述实施例的不同之处在于，本实施例中在安装壳的壳壁中加工冷媒流道时，采用埋设冷管的方式，将预成型的冷管埋设在安装壳的壳壁中，不再直接在壳壁上进行机加工来形成冷媒流道。或者，安装壳的壳壁有两个板体对合而成，在两板体朝向彼此的端面上加工有半槽，两板体上的半槽对合形成完整的冷媒流道。

本发明中充放电模块的实施例5：与上述实施例的不同之处在于，本实施例中的安装壳上冷媒出口和冷媒进口分别布置在相邻的两个壳壁上，而不局限于必须采用将冷媒进口和冷媒出口布置在相对的两壳壁上。

本发明中充放电模块的实施例6：与上述实施例的不同之处在于，本实施例中电感元件中冷媒流道的进口和出口分别与冷板内冷却流道连通，使冷媒流道的上游和下游均为冷板内的冷却流道。

本发明中充放电模块的实施例7：与上述实施例的不同之处在于，本实施例中充放电模块箱体上的，用于与冷源连接的接头和与外界线路电连接的接线端子分别位于箱体相邻的侧壁上，而不局限于必须采用将接头和接线端子分别布置在相对侧壁上的方案，此时应注意接线端子的防水防尘。

本发明中电感元件的结构与上述充放电模块实施例中电感元件的结构相同，所能解决的技术问题及所能达到的技术效果相同，因此关于电感元件的具体实施方式不再重复说明。

以上所述的具体实施方式，对本发明的发明目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡是在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.充放电模块，包括：

印制板组件，包括印制板及安装在印制板上的IGBT模块；

冷板，与印制板间隔布置，所述印制板布置在冷板的上方，IGBT模块与冷板的板面贴合以进行热交换；

电感元件，电感元件有两个，分别为第一电感元件和第二电感元件，两电感元件沿左右方向间隔布置，且底部均贴合在冷板上，印制板布置在两电感元件之间的间隔中；

其特征在于：所述电感元件包括安装壳，安装壳包括五个壳壁，分别为底壁和四个侧壁，五个壳壁围成盒形，壳壁与壳壁相连，壳壁中均设置有冷媒流道，各壳壁内的冷媒流道相通，电感元件的安装壳内的冷媒流道和冷板中的冷却流道均用于与冷源连通；所述电感元件还包括线圈，安装壳内填充有灌封胶，所述线圈通过灌封胶固定在盒内空间中，安装壳为长方体盒，冷媒流道的进口和出口分别处于在长度方向上相对的两壳壁上，壳壁的外侧面上设置有凹槽，凹槽中设置有隔断；凹槽开口处配置有封盖；冷媒流道由凹槽、隔断及封盖围合而成，安装壳内的冷媒流道与冷板中的冷却流道串接连通，两个电感元件的安装壳内的冷媒流道分别串接在冷却流道的上、下游，第一电感元件的安装壳中，沿前后方向间隔布置的两侧壁中，靠近外侧的一个侧壁上设置有安装壳自身中冷媒流道的入口，靠近内侧的一个侧壁上设置有安装壳自身中冷媒流道的出口，该第一电感元件的冷媒流道的出口处设置有与冷板连通的法兰接头，法兰接头与预设在冷板上的接口对接，能够实现安装壳中冷媒流道与冷板内冷却流道连通；在第二电感元件的安装壳中，沿前后方向间隔布置的两侧壁中，靠近外侧的一个侧壁上设置有安装壳自身中冷媒流道的出口，靠近内侧的一个侧壁上设置有安装壳自身中冷媒流道的入口，该第二电感元件的冷媒流道的入口处连接有与冷板中冷却流道连通的法兰接头，法兰接头与预设在冷板上的接口对接，能够实现安装壳中冷媒流道与冷板内冷却流道连通，冷板中的冷却流道集中在两电感元件之间的区域内，对贴设在冷板上的IGBT模块进行散热。

2.根据权利要求1所述的充放电模块，其特征在于：充放电模块包括箱体，箱体中相对的两侧壁上分别露出有用于连通冷源与冷媒流道和/或冷却流道的接头以及与外接线路连接的接线端子。

Images