CN112153854A - 功率模块用冷板及电机控制器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种功率模块用冷板及电机控制器，能够解决现有技术中液冷散热器散热效率低、效果差的问题。功率模块用冷板包括基板，其相对的两侧面上均设置有凹槽，两凹槽之间的部分对应形成将两凹槽分隔开的隔板，隔板上设有连通两凹槽的连接孔；两个盖板分别与两凹槽配合以围成封闭空间，各盖板的内侧面上分别设置有多个并行布置的翅片，各翅片与隔板的对应侧面配合围成封闭的流道，各盖板的内侧面上还设置有位于边侧处的固定块，所述固定块中设置有紧固件穿孔，用于固定功率模块；隔板两侧的流道通过连接孔串联形成总流道，基板或盖板于总流道的上游处设置有供冷媒进入的进液口，基板或盖板于总流道的下游处设置有供冷媒流出的出液口。

Description

功率模块用冷板及电机控制器

技术领域

本发明涉及液冷板技术领域，具体涉及一种功率模块用冷板及电机控制器。

背景技术

随着现在电动汽车技术的发展，市场对电动汽车要求越来越高，提升电动汽车的电机功率及行驶里程，成为了电动汽车未来发展的趋势。电机驱动系统中设置有对电机进行控制的电机控制器，电机控制器既能够将动力电池输入的直流电逆变为高压电，也能根据电机温度、速度等信号来实时调整电机转速。电机控制器中的核心部件为功率模块，当要求电机输出更大功率时，电机控制器要对应输出更大的电流，此时的功率模块也会面临更大的功率损耗，而这些功率损耗主要以热损失的形式存在于功率模块上，所以功率模块的散热对电机控制器来讲十分重要。

近年来，液冷板因其热分布均匀、间接冷却无污染的优点，而越来越多地被应用于高功率密度的设备中。如授权公告号为CN201204783Y，授权公告日为2009.03.04的专利文件所公开的一种液冷散热器，能够对安装在其上的功率模块进行热交换，实现对装置、设备的冷却散热。该液冷散热器包括在使用时对合的上层散热板和下层散热板，两散热板背向彼此的一面用于安装如IGBT等常见的功率模块，而两散热板朝向彼此的一面上设置有供冷媒流动的流道。在两散热板之间设置有导热隔板，导热隔板将两散热板上流道分隔成上层流道和下层流道，而导热隔板上还设置有连通两流道的连通孔，从而使上、下层流道串联。

该液冷散热器能够同时对两侧的功率模块进行散热，并且利用串联的上、下层流道能够使冷媒与散热板进行更充分的热交换，控制功率模块的温升，使功率模块工作时更加稳定，但是由于两散热板需要与功率模块连接，对应地要在散热板上设置紧固件穿孔，为保证连接强度，散热板需要较大的厚度，此时会增加冷媒与功率模块的热传递路径，降低散热效率，散热效果较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种功率模块用冷板，能够解决现有技术中液冷散热器在对功率模块进行散热时效率低、效果差的问题；本发明另外的目的在于提供一种使用该冷板的电机控制器，通过该冷板能够稳定控制温升，工作稳定性好。

为实现上述目的，本发明中的功率模块用冷板采用如下技术方案：

功率模块用冷板，包括：

基板，其相对的两侧面上均设置有凹槽，两凹槽之间的部分对应形成将两凹槽分隔开的隔板，隔板上设有连通两凹槽的连接孔；

两个盖板，分别与两凹槽配合以围成封闭空间，各盖板的内侧面上分别设置有多个并行布置的翅片，各翅片与隔板的对应侧面配合围成封闭的流道，各盖板的内侧面上还设置有位于边侧处的固定块，所述固定块中设置有紧固件穿孔，用于固定功率模块；

隔板两侧的流道通过连接孔串联形成总流道，基板或盖板于总流道的上游处设置有供冷媒进入的进液口，基板或盖板于总流道的下游处设置有供冷媒流出的出液口。

其有益效果在于：两盖板上的翅片与对应凹槽的槽底形成流道，翅片增加盖板与流道内冷媒的热交换面积，提高了冷却效果，使功率模块的热量沿着盖板及翅片朝向基板内部传递；盖板上设置的固定块，固定块为紧固件穿孔提供了加工空间，技术人员可以减小盖板的厚度，缩短功率模块与冷媒之间的热传递路径，提高散热的效率；功率模块通过本发明中的冷板能够得到良好散热。

进一步的，翅片呈蛇形布置以使隔板两侧的流道形成蛇形流道。

其有益效果在于：采用蛇形翅片来使单层流道呈蛇形布置，增加了冷媒的流动路径，使冷媒能够更充分地与盖板及功率模块进行热交换，提高散热的效果。

进一步的，各凹槽中设置有两个平行且间隔布置的立壁，立壁的一端与凹槽的槽壁连接，另一端延伸至各流道共同的弯折处。

其有益效果在于：使用立壁，既能够对盖板进行支撑，提高热交换面积，又能够与单层流道弯折处配合来防止流道短路。

进一步的，基板的边角处设置有向外延伸的加厚部分，所述进液口和出液口对应设置在加厚部分上。

其有益效果在于：将出液口和进液口设置在加厚部分上，是出液口和进液口远离流道主体，避免温差过大而影响热量传递。

进一步的，出液口和进液口布置在加厚部分的同一侧面上，且出液口和进液口中部分封闭，出液口仅与隔板一侧的流道连通，进液口仅与隔板另一侧的流道连通。

其有益效果在于：将出液口和进液口布置在同一侧面上，便于操作人员加工装配。

进一步的，将两凹槽分隔开的隔板厚度为4-8mm。

其有益效果在于：隔板厚度较小能够缩短两凹槽中冷媒热交换的路径，使两凹槽内冷媒热交换的速度和效果更好，能够减少总流道中上下游冷媒的温差，保证对功率模块的散热效果。

为实现上述目的，本发明中的电机控制器采用如下技术方案：

电机控制器，包括冷板和布置在冷板上的功率模块，冷板包括：

基板，其相对的两侧面上均设置有凹槽，两凹槽之间的部分对应形成将两凹槽分隔开的隔板，隔板上设有连通两凹槽的连接孔；

两个盖板，分别与两凹槽配合以围成封闭空间，各盖板的内侧面上分别设置有多个并行布置的翅片，各翅片与隔板的对应侧面配合围成封闭的流道，各盖板的内侧面上还设置有位于边侧处的固定块，所述固定块中设置有紧固件穿孔，用于固定功率模块；

隔板两侧的流道通过连接孔串联形成总流道，基板或盖板于总流道的上游处设置有供冷媒进入的进液口，基板或盖板于总流道的下游处设置有供冷媒流出的出液口。

其有益效果在于：两盖板上的翅片与对应凹槽的槽底形成流道，翅片增加盖板与流道内冷媒的热交换面积，提高了冷却效果，使功率模块的热量沿着盖板及翅片朝向基板内部传递；盖板上设置的固定块，固定块为紧固件穿孔提供了加工空间，技术人员可以减小盖板的厚度，缩短功率模块与冷媒之间的热传递路径，提高散热的效率；功率模块通过本发明中的冷板能够得到良好散热，功率模块自身的温升能够得到较好的控制，从而保证了电机控制器的工作稳定性。

进一步的，翅片呈蛇形布置以使隔板两侧的流道形成蛇形流道。

其有益效果在于：采用蛇形翅片来使单层流道呈蛇形布置，增加了冷媒的流动路径，使冷媒能够更充分地与盖板及功率模块进行热交换，提高散热的效果。

进一步的，各凹槽中设置有两个平行且间隔布置的立壁，立壁的一端与凹槽的槽壁连接，另一端延伸至各流道共同的弯折处。

其有益效果在于：使用立壁，既能够对盖板进行支撑，提高热交换面积，又能够与单层流道弯折处配合来防止流道短路。

进一步的，基板的边角处设置有向外延伸的加厚部分，所述进液口和出液口对应设置在加厚部分上。

其有益效果在于：将出液口和进液口设置在加厚部分上，是出液口和进液口远离流道主体，避免温差过大而影响热量传递。

进一步的，出液口和进液口布置在加厚部分的同一侧面上，且出液口和进液口中部分封闭，出液口仅与隔板一侧的流道连通，进液口仅与隔板另一侧的流道连通。

其有益效果在于：将出液口和进液口布置在同一侧面上，便于操作人员加工装配。

进一步的，将两凹槽分隔开的隔板厚度为4-8mm。

其有益效果在于：隔板厚度较小能够缩短两凹槽中冷媒热交换的路径，使两凹槽内冷媒热交换的速度和效果更好，能够减少总流道中上下游冷媒的温差，保证对功率模块的散热效果。

附图说明

图1为本发明中电机控制器中冷板与功率模块配合部分的结构示意图；

图2为本发明中冷板的基板结构示意图；

图3为图2的俯视图；

图4为本发明中基板上进液口、出液口的结构示意图；

图5为本发明中下盖板的结构示意图；

图6为图5的俯视图；

图7为本发明中上盖板的结构示意图。

图中：10-基板；11-顶部凹槽；12-第一立壁；13-第二立壁；14-加厚部分；141-进液口；142-出液口；15-连通孔；16-隔板；20-上盖板；21-翅片；22-第一固定块；23-第二固定块；30-下盖板；31-翅片；32-第一固定块；33-第二固定块；40-功率模块；50-螺钉；60-管接头。

具体实施方式

现结合附图来对本发明中的电机控制器及功率模块用冷板的具体实施方式进行说明。

如图1所示，为本发明中电机控制器的一种实施例：电机控制器包括多个功率模块40，它们的输入端同时并联地接入外部直流电源，输出端与电机相连以向电机提供交流电。电机控制器还包括对功率模块40进行散热的冷板，功率模块40安装在冷板的两侧面上，通过冷板内流动的冷媒与功率模块40进行热交换，以此来降低功率模块40的温度，控制功率模块40的温升。

现以说明书附图中所示上下、左右方向来对电机控制器各部分的相对位置进行描述：如图1及2所示，电机控制器中的冷板包括基板10，基板10的顶面和底面上设置有凹槽，凹槽具有一定的空间来容纳冷媒；冷板还包括与基板10配合使用的上盖板20和下盖板30，两个盖板与基板10顶面、底面上的凹槽配合能够围成供冷媒流动的封闭空间。如图3所示，根据两凹槽的位置来将两者分为顶部凹槽11和底部凹槽，两凹槽之间具有将两者分隔开的隔板16，而在隔板16上设置有连通两凹槽的连通孔15，两凹槽仅通过连通孔15连通。本实施例中的基板10及盖板由铝合金材料制成，强度高且导热性能好，能够保证热传递的效果和效率。

如图5、图6及图7所示，上盖板20上设置有翅片21，下盖板30上设有翅片31，以下盖板30为例，翅片31并行布置有多个，并且各翅片31整体呈蛇形布置，相邻翅片31之间的间隔形成供冷媒流动的空间。当上盖板20及下盖板30对应盖合在基板10上时，两相邻的翅片31能够与隔板16对应侧面接触，并与隔板16侧面配合形成了封闭的流道，而顶部凹槽11及底部凹槽中的翅片形成了分为上下层的单层流道，单层流道呈蛇形布置，能够增加冷媒流动路径的长度，提高对功率模块40的散热效果。本实施例中，两盖板通过摩擦焊的方式与基板10连接，密封性能好。

如图5所示，在上盖板20及下盖板30内侧面的边侧处，设置有固定块，固定块内设有紧固件穿孔，紧固件穿孔的开口贯穿两盖板的外侧面，螺钉50等螺纹紧固件能够从两盖板的外侧面穿入，固定块为在两盖板上设置紧固件穿孔提供了加工空间。当在冷板上布置功率模块40时，功率模块40上设置有与固定块位置对应的穿孔，技术人员可以利用设置在固定块上的紧固件穿孔与螺钉50螺接来固定各功率模块40。以下盖板30为例，本实施例中的固定块按照形状分为两类，分别为截面为长圆形的第一固定块32和截面为圆形的第二固定块33。第一固定块32中设置有两个紧固件穿孔，而第二固定块33中仅设置有一个紧固件穿孔。第二固定块33对应布置在下盖板30的边角处，而第一固定块32对应布置在下盖板30的长边处。如图7所示，上盖板20上同样设置有第一固定块22及第二固定块23，结构及布置方式与下盖板30上的两类固定块对应相同。

如图6及图7所示，上盖板20及下盖板30上的翅片具有两个弯折部分，而在顶部凹槽11及底部凹槽中设置有与两个弯折部分配合的立壁，立壁既能够支撑两盖板，又能够防止流道短路。现以顶部凹槽11为例来描述立壁的布置情况，顶部凹槽11中的两个立壁分别为第一立壁12和第二立壁13，在左右方向上，第一立壁12与顶部凹槽11的左侧槽壁连接、朝向右侧延伸，而第二立壁13与顶部凹槽11的右侧槽壁连接、朝向左侧延伸，此时两立壁相向布置。在前后方向上，两立壁错开布置，第一立壁12设置在第二立壁13的前侧，两立壁均朝向上层的流道共同弯折处。底部凹槽中立壁与对应翅片配合的方式与顶部凹槽11中立壁与翅片配合方式相同，不再重复说明。

如图3及图4所示，基板10的边角处设置有向外延伸的加厚部分14，加厚部分14中设置有进液口141和出液口142。顶部凹槽11及底部凹槽中的单层流道通过隔板16上的连通孔15实现串联，两单层流道组合形成了冷板的总流道，总流道为分层结构，其上游和下游都对应设置在基板10的加厚部分14处。加厚部分14上的进液口141和出液口142口径相同，沿左右方向平行布置。进液口141布置在左侧，进液口141中靠上的空间封闭，使进液口141仅能够连通底部凹槽中的单层流道，而出液口142布置在右侧，出液口142中靠下的空间封闭，使出液口142仅能够连通顶部凹槽11中的单层流道，依靠进液口141、出液口142部分封闭，来保证两单层流道不会短路。在进液口141及出液口142处对应设置有管接头60，管接头60通过涂抹液体生料带固定在基板10上。

电机控制器中设置有六个功率模块40，与双三相电机配合使用，操作人员在组装功率模块40与冷板时，将六个功率模块40分为两组，每组各三个，分别通过螺钉50及固定块固定在两盖板上，此时利用通入冷板中的冷媒能够对两组功率模块40进行散热，同时采用分组布置的方式也减小了冷板及电机控制器的尺寸。

在操作人员使用本发明中的电机控制器时，各功率模块40的输入端与直流电源连接，输出端与双三相电机的对应相连接，实现将直流电转变为交流电的功能。冷板的管接头60分别与盛放有冷媒的容器连接，使容器与冷板组合形成冷却循环系统。冷媒通过进液口141进入到底部凹槽中的单层流道中，并沿蛇形的流道进入到顶部凹槽11中的单层流道中，最终从冷板的出液口142流出。

其中，将顶部凹槽11与底部凹槽隔开的隔板16厚度为6mm，顶部凹槽11及底部凹槽中的冷媒能够通过隔板16进行热传递，较薄的隔板16能够减少热传递路径，使两凹槽中的冷媒更快、更好地进行热交换，减少了总流道中上下游的温度阶梯。

在其他实施例中，盖板上的翅片可以以直线形的方式布置，此时盖板与基板配合所形成的流道对应为直线形。

在其他实施例中，基板上的凹槽中可以不再设置有立壁，仅依靠盖板上翅片与凹槽槽底配合来对应形成供冷媒流动的流道。

在其他实施例中，出液口和进液口可以分别设置在两盖板上，而不局限于采用在基板上设置加厚部分，将进液口和出液口设置在加厚部分上的方案；或者，出液口和进液口直接设置在基板的侧壁上，而不再设置有为出液口、进液口提供加工空间的加厚部分。

在其他实施例中，出液口和进液口的尺寸可以对应进行调整，出液口、进液口的尺寸小于单层流道的厚度，此时可以不再采用使出液口、进液口部分封闭的方案。

在其他实施例中，隔板可以采用4mm、5mm、7mm、8mm等位于4-8mm范围内的厚度，而不局限于采用6mm。

本发明中功率模块用冷板的结构与使用方法、以及所能达到的技术效果与上述电机控制器实施例中冷板的结构、使用方法及技术效果对应相同，因此关于功率模块用冷板的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 (7)

1.功率模块用冷板，其特征在于：

包括：

基板，其相对的两侧面上均设置有凹槽，两凹槽之间的部分对应形成将两凹槽分隔开的隔板，隔板上设有连通两凹槽的连接孔；

两个盖板，分别与两凹槽配合以围成封闭空间，各盖板的内侧面上分别设置有多个并行布置的翅片，各翅片与隔板的对应侧面配合围成封闭的流道，各盖板的内侧面上还设置有位于边侧处的固定块，所述固定块中设置有紧固件穿孔，用于固定功率模块；

隔板两侧的流道通过连接孔串联形成总流道，基板或盖板于总流道的上游处设置有供冷媒进入的进液口，基板或盖板于总流道的下游处设置有供冷媒流出的出液口。

2.根据权利要求1所述的功率模块用冷板，其特征在于：翅片呈蛇形布置以使隔板两侧的流道形成蛇形流道。

3.根据权利要求1或2所述的功率模块用冷板，其特征在于：各凹槽中设置有两个平行且间隔布置的立壁，立壁的一端与凹槽的槽壁连接，另一端延伸至各流道共同的弯折处。

4.根据权利要求1所述的功率模块用冷板，其特征在于：基板的边角处设置有向外延伸的加厚部分，所述进液口和出液口对应设置在加厚部分上。

5.根据权利要求4所述的功率模块用冷板，其特征在于：出液口和进液口布置在加厚部分的同一侧面上，且出液口和进液口中部分封闭，出液口仅与隔板一侧的流道连通，进液口仅与隔板另一侧的流道连通。

6.根据权利要求1或2所述的功率模块用冷板，其特征在于：将两凹槽分隔开的隔板厚度为4-8mm。

7.电机控制器，包括冷板和布置在冷板上的功率模块，其特征在于：所述冷板为上述权利要求1-6中任一项所述的功率模块用冷板。

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