CN112833698B - 用于机动车的电子部件的冷却组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于机动车的电子部件的冷却组件，其包括：‑在冷却位置处与要冷却的电子部件之一机械地且热地连接的或能连接的盖板；‑流体密封地与盖板连接的且至少在冷却位置处与盖板间隔开的底板；以及‑在冷却位置处布置在盖板与底板之间的自由空间中的湍流垫，其中，盖板与底板之间的自由空间与用于冷却剂的进入开口和排出开口处于导引流体的连接中，湍流垫能够以所述冷却剂穿流。本发明通过如下而出众，即底板在冷却位置处形成设有中央的进入开口、容纳相应的湍流垫的湍流垫‑容纳凹陷部，所述湍流垫‑容纳凹陷部带有两个彼此相对而置的闭合的侧和两个缝口状地沿着彼此相对而置的侧延伸的排出开口。

Description

用于机动车的电子部件的冷却组件
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的电子部件的冷却组件，所述冷却组件包括：
-在冷却位置处与要冷却的电子部件之一机械地且热地连接的或能连接的盖板；
-流体密封地与盖板连接的且至少在冷却位置处与盖板间隔开的底板；以及
-在冷却位置处布置在盖板与底板之间的自由空间中的湍流垫，
其中，盖板与底板之间的自由空间与用于冷却剂的进入开口和排出开口处于导引流体的连接中，湍流垫能够以所述冷却剂穿流。
背景技术
这种类型的冷却组件在直至本申请的申请日仍未公开的德国专利申请DE 102019 202 425.4中描述。
在机动车、尤其是纯电动或电动混合动力机动车的功率电子装置中，操纵高的功率。为此所使用的电子部件、例如所谓的IGBT需要用于引出在此堆积的热的冷却器。通常这种部件配备有冷却肋条，所述冷却肋条由流体的冷却剂、通常液态的冷却剂环流。这种冷却肋条能够直接地安置在电子部件处并且伸入到冷却剂通道中。但也已知，将电子部件面状地与冷却剂通道的盖板连接并且将冷却肋条在冷却剂通道内部安置在冷却剂通道的盖板处。例如US 2007/0163765 A1公开了这种结构。
而由EP 2 389 057 B1以及US 2003/0178179 A1已知：将波浪形板材(所述波浪形板材不仅与冷却剂通道的盖板而且与冷却剂通道的底板处于热接触)作为单独的元件嵌入到冷却通道中。
所有这些组件具有以下缺点：冷却剂(该冷却剂流动通过冷却剂通道并且在此从所经过的部件吸收热)持续地加热。因此，与设置在上游的部件相比，设置在下游的部件经历更少的冷却。因此，大多数情况下，冷却通道以逆流布置结构来设计，但这具有以下缺点：每个单个的冷却剂通道分支仅具有一个减小的横截面，这引起总冷却剂流不利地受到限制。
开头提及的、构成本类型方案的申请描述了一种冷却组件，该冷却组件基本上具有纵向延伸的、方体形的冷却剂通道的形状，该冷却剂通道向上由盖板形成并且向下由总体上盆槽状的底板形成。在通道的一个纵向端部处，用于冷却剂的进入开口引入到盖板中。在另一个纵向端部处，用于冷却剂的排出开口引入到盖板中。在所述开口之间，在多个部位处(所述多个部位在此分别被称为冷却位置)，要冷却的电子部件在紧贴的热接触下固定在盖板的外侧上、例如钎焊或烧结在盖板的外侧上。在每个冷却位置处，在盖板与底板之间的自由空间中放入湍流垫。在此每个面状地伸展的且平行于伸展平面而能由冷却剂穿流的且在此激励冷却剂流发生湍流的结构应理解为湍流垫。在构成本类型方案的申请中，这种湍流垫的在本申请的上下文中优选的实施方式也描述作为相位错开地相互连接的波浪形板条的布置结构。为了克服冷却作用沿流动方向降低的上述缺点，构成本类型方案的申请提出，在不同的冷却位置处布置不一样构造的湍流垫，其中，所述湍流垫的不同的湍流效果沿流动方向提升。以这种方式，在上游较冷的但不那么强地被激励出湍流的冷却剂吸收和在下游已经加热的、但在那较强地被激励出湍流的冷却剂正好一样多的热。这种原则上成功的方法具有以下缺点：其具体的设计在实践中相当复杂，该设计必须覆盖大量不同的热情形(Konstellation)。
发明内容
本发明的任务是，给出一种更高效的用于冷却电子部件的结构，其中，尤其是多个由相同的冷却组件冷却的部件能够经历基本上相同的冷却功率。
所述任务通过如下方式解决，底板在冷却位置处形成设有中央的进入开口、容纳相应的湍流垫的湍流垫-容纳凹陷部，所述湍流垫-容纳凹陷部带有两个彼此相对而置的闭合的侧和两个缝口状地沿着彼此而置的侧延伸的排出开口。
在根据本发明的冷却组件中，在每个冷却位置的区域中设置有在此被称为湍流垫-容纳凹陷部的凹陷部，所述凹陷部用于形成限定于冷却位置的在底板与盖板之间的自由空间以及用于在这里容纳湍流垫。围绕所述凹陷部，底板和盖板流体密封地相互连接。这能够例如通过在盆槽状成形的底板与盖板之间的直接材料配合、例如通过钎焊、熔焊或烧结来实现。备选地，各板也能够间接地经由环绕湍流垫-容纳凹陷部的框架材料配合地相互连接。在这种情况下，底板也能够替代盆槽状而平面地构造。为了使由湍流垫-容纳凹陷部形成的在底板与盖板之间的中间空间以及由此使湍流垫本身对于冷却剂可接近，在凹陷部的底部设置有中央的进入开口。以下面还要更详细描述的方式，冷却剂能够通过所述进入开口穿入到自由空间中并且通过与盖板的热的交换作用而从固定在盖板上的电子部件吸收热。经加热的冷却剂经由至少两个缝口状的侧向的开口流出。
所述侧向的开口能够，如根据优选的第一实施方式所设置的那样，构造在凹陷部的彼此相对而置的壁中。换言之，在该实施方式中设置成，容纳凹陷部具有两个彼此相对而置的、作用为排出开口的、缝口状地敞开的侧。
备选地，根据优选的第二实施方式能够设置成，排出开口构造为在容纳凹陷部的底部沿着彼此相对而置的闭合的侧延伸的缝口。流体的进入方向和排出方向在该实施方式中因此不是彼此垂直的，而是彼此反平行的。
在用于冷却多个线性地并排布置的电子部件的冷却模块中，缝口优选平行于所述部件的线性布置方向延伸，即通过进入开口供应的冷却剂沿相反的方向横向于要冷却的部件的线性布置方向流出。
不同的冷却位置能够平行地以冷却剂来供料，从而相同温度的冷却剂流入到每一个进入开口中，从而在使用统一的湍流垫的情况下在每个冷却位置处实现相同的冷却功率。
尤其是，当要给多个、尤其是线性地并排布置的冷却位置进行供应时，在该方法中的挑战是冷却剂的分开的导入和导出。
因此，为了冷却剂供应，在本发明的一种优选的扩展方案中设置成，在底板侧至少在进入开口的区域中敞开的、在其余部分除了内部壳体流进部以外都闭合的、在进入开口上形成拱顶(überwolben，有时称为跨接)的且在排出开口之间的区域中延伸的内部的通道壳体流体密封地固定在底板的外侧上。该内部的通道壳体将进入开口相对于所属的排出开口密封。经由内部壳体流进部供应的冷却剂经由进入开口流动到底板与盖板之间的自由空间中，在那穿流湍流垫，并且从排出开口再次流出，而在那不与在内部的通道壳体中引导的冷却剂发生接触。在多个冷却位置的情况下，内部的通道壳体能够在多个冷却位置上延伸，其中，单个的内部壳体流进部足以给全部的形成拱顶的进入开口平行地(parallel，有时称为并行地)供料以相同温度调节的冷却剂。
为了导出从排出开口流出的冷却剂，在所述实施方式的一种优选的扩展方案中设置成，在底板侧敞开的、在其余部分除了与内部壳体流进部密封地导引流体地连接的外部壳体流进部以及外部壳体流出部以外都闭合的、在内部的通道壳体以及排出开口上形成拱顶的外部的通道壳体流体密封地固定在底板的外侧上。外部的通道壳体因此包围内部的通道壳体以及在所述一个或多个冷却位置处的排出开口。以上述方式引导通过内部的通道壳体和湍流垫且在排出开口处排出的冷却剂由外部的通道壳体接纳并且导引至共同的外部壳体流出部。外部的通道壳体尤其是也在内部壳体流进部上形成拱顶的困难性通过如下方式解决，即，外部的壳体本身设有如下外部壳体流进部，该外部壳体流进部密封地导引流体地与内部壳体流进部连接。这意味着，流入到外部壳体流进部中的冷却剂以相对于外部壳体-内部密封的方式直接地导引至内部壳体流进部。这能够以特别简单的方式通过如下方式实现，即，内部的通道壳体的外侧和外部的通道壳体的内侧在其壳体背部的区域中材料配合地相互连接。在该布置结构的情况下，外部壳体流进部仅构成内部壳体流进部的线性延长部。密封地导引流体的连接的其他形式、如在两个流进部开口之间的软管连接当然也是可行的。
本发明的所描述的优选的实施方式以其在结构空间方面极其有利的嵌套的构造而因此一方面允许经由共同的流进部给冷却位置平行地供应以冷却剂，这导致在所有冷却位置处大致相同的冷却功率，并且另一方面允许从所有冷却位置排出的且在外部的通道壳体中聚集的冷却剂经由共同的流出部共同地导出。
同一目的能够通过如下方式实现，即，在底板侧敞开的、在其余部分除了外部壳体流进部以及外部壳体流出部以外都闭合的、在进入开口以及排出开口上形成拱顶的外部的通道壳体流体密封地固定在底板的外侧上，其中，在外部的通道壳体内部为了形成内部的通道壳体，接片布置结构一方面与其壳体背部的内侧流体密封地连接并且另一方面与底板流体密封地连接，所述接片布置结构将一方面进入开口和外部壳体流进部流体密封地与另一方面排出开口和外部壳体流出部分开。在该实施方式中也得到内部的通道壳体和外部的通道壳体的嵌套的构造，其中，内部的通道壳体用于导入冷却剂，而外部的通道壳体用于导出冷却剂。但与上面所描述的实施方式相对，内部的通道壳体不由独立地密封的(尤其是“在上方加盖”的)通道元件形成，而是仅由优选U形的接片布置结构形成，该U形的接片布置结构通过其一方面与外部的壳体和另一方面与底板的优选材料配合的连接才变成流体密封的(内部的)壳体。
为了支持冷却剂的导出，在本发明的一种扩展方案中设置成，内部的通道壳体与流体密封地相对于内部的通道壳体的壳体内部隔开的延长壳体连接，所述延长壳体具有侧向的延长壳体流进部和与外部壳体流出部密封地导引流体地连接的延长壳体流出部。该延长壳体在外部的通道壳体内用作用于要引出的冷却剂的聚集部位，从该聚集部位起给外部壳体流出部进行供料。延长壳体流出部和在延长壳体上形成拱顶的外部的壳体的外部壳体流出部类似于外部壳体流进部和内部壳体流进部的连接来设计。尤其是，优选能够设置成，延长壳体的外侧和外部的通道壳体的内侧在其壳体背部的区域中材料配合地相互连接。
附图说明
本发明的其他细节和优点由下面的专门的描述和附图得出。其中：
图1示出带有仅一个冷却位置的根据本发明的冷却组件的分解图，
图2示出图1的冷却组件10的剖面图，
图3示出带有三个冷却位置的根据本发明的冷却组件的分解图，
图4示出在组装状态下的图3的冷却组件的图示，
图5示出带有内部的通道壳体和延长壳体的图4的冷却组件的扩展方案的分解图，
图6示出在组装状态下的图5的冷却组件，以及
图7示出带有外部的通道壳体的图6的冷却组件，
图8示出冷却组件的一种备选的实施方式，以及
图9示出冷却组件的另一种备选的实施方式。
具体实施方式
图中相同的附图标记表示相同的或类似的元件。
图1示出带有仅一个冷却位置的根据本发明的冷却组件10的一种实施方式的分解图。图2示出穿过图1的冷却组件10的剖面图。下面要共同地参考两幅图。
冷却组件10用于冷却电子部件12，该电子部件在(唯一的)冷却位置处在热接触下固定在盖板14上。所述固定能够优选材料配合地实现，例如通过钎焊或烧结实现。图2示出相应的钎焊或烧结层13。
此外，冷却组件10包括底板16，该底板带有湍流垫-容纳凹陷部18。湍流垫-容纳凹陷部18在所示的实施方式中几乎占据底板16的整个面。仅两个接片(所述两个接片形成湍流垫-容纳凹陷部18的两个彼此相对而置的闭合的侧20)的上棱边表示底板16的不由湍流垫-容纳凹陷部18占据的面。敞开的侧22在闭合的侧20之间延伸，从而底板16具有类似U形的桥状型材。
借助其闭合的侧20的上棱边，底板16经由框架24流体密封地且尤其是材料配合地与盖板14连接、例如钎焊。
由此，在盖板14与底板16之间得到自由空间，湍流垫26被放入到所述自由空间中。湍流垫26优选由波浪形板条组成，所述波浪形板条相位错开地(关于其波浪形周期)相互连接。图2中的放大局部图给出对湍流垫26的有利的设计方案的印象。在波浪的折回点处，湍流垫26与盖板14钎焊连接或在凹陷部18的基部钎焊连接。由此，实现优化的热接触。但也可设想力配合的连接，其中，湍流垫26的波浪结构起弹簧弹性作用。
在湍流垫-容纳凹陷部18的基部的中央区域中引入有进入开口28，如图2中所示，冷却剂能够通过所述进入开口流入到盖板14与底板16之间的自由空间中。这种冷却剂然后穿流湍流垫26并且经由湍流垫-容纳凹陷部的敞开的侧22离开湍流垫-容纳凹陷部18，所述敞开的侧作用为排出开口30。
图3和4示出基本上相同类型地构造的冷却组件10，该冷却组件带有三个基本上相同地设计的冷却位置。湍流垫-容纳凹陷部18在此彼此间隔开地布置在大的、纵向延伸的底板16上。在图3中所示出的实施方式中，盖板14和底板16直接地、即在没有处于其之间的框架24的情况下相互连接、尤其是钎焊。其余部分能够全面地参考上面对于图1和2的描述内容。
图4示出在组装状态下的图3的冷却组件。
图5示出图4的冷却组件10的一种扩展方案，在图5至7的图示中各一个电子部件12已经在三个冷却位置中的每个冷却位置处固定在该冷却组件上。图5和6的扩展方案在于通道壳体元件32的附加的布置结构，该通道壳体元件在图5中双重地在不同的定向上示出。通道壳体元件32包括内部的通道壳体34以及延长壳体36，该延长壳体一件式地联接到内部的通道壳体34处。但如在图6的右边的放大窗中所示，延长壳体36流体密封地相对于内部的通道壳体34隔开。内部的通道壳体34具有内部壳体流进部39，冷却剂能够经由内部壳体流进部流入到内部的通道壳体34中。内部的通道壳体34经由底部开口38与进入开口28连接。内部的通道壳体在其余部分形成流体密封的冷却剂通道。备选于图5中所示的实施方式，内部的通道壳体34也能够具有完全敞开的底部，只要内部的通道壳体此时全面地流体密封地与底板16的外侧连接。在所述实施方式中重要的是，排出开口30处于内部的通道壳体34外部。
延长壳体36具有延长壳体流出部40和侧向的延长壳体流进部42。
图7示出图6的布置结构的一种扩展方案，在该扩展方案中，基本上整个底板16由外部的通道壳体44形成拱顶。外部的通道壳体44全面地流体密封地、尤其是材料配合地、例如通过钎焊或激光焊接与底板16的外侧连接。外部的通道壳体具有外部壳体流进部46以及外部壳体流出部48，该外部壳体流进部密封地导引流体地与内部壳体流进部36连接，该外部壳体流出部密封地导引流体地与延长壳体流出部40连接。优选地，通道壳体在其通道背部的区域中材料配合地相互连接、尤其是通过钎焊或激光焊接来材料配合地相互连接。
为了冷却运行，经由外部壳体流进部46供应冷却剂。所述冷却剂由于通向内部壳体流进部36的密封的导引流体的连接流到内部的通道壳体34中并且在那平行地在全部的冷却位置处经由湍流垫-容纳凹陷部的进入开口28供料给湍流垫-容纳凹陷部18。冷却剂通过湍流垫26流动到湍流垫-容纳凹陷部18中并且以非常高效的方式在那从电子部件12吸收所导入的热。在此，冷却功率由于平行的冷却剂供应而在所有冷却位置处基本上一样。经加热的冷却剂经由湍流垫-容纳凹陷部的敞开的侧22、即经由排出开口30离开湍流垫-容纳凹陷部18，并且由外部的通道壳体44接纳。在由该外部的通道壳体形成的通道中，冷却剂经由延长壳体流进部42流动到延长壳体36中并且经由延长壳体的延长壳体流出部40离开所述延长壳体。由于延长壳体与外部壳体流出部48的密封地导引流体的连接，经加热的冷却剂经由所述外部壳体流出部离开整个组件。根据本发明的组件通向冷却剂储备器和/或所联接的热交换器的连接能够经由传统的软管线路或筒管线路来进行。
图8示出内部的壳体34'的一种备选的实施方式，该内部的壳体在此通过接片布置结构32'形成。接片布置结构以其在图8中上部的棱边流体密封地固定在外部的壳体44的壳体背部的内侧处并且以其在图8中下部的棱边流体密封地固定在底板16处。亦如在图5至7的实施方式中那样，得到如下内部的壳体34'，该内部的壳体将外部壳体流进部46和进入开口28一方面流体密封地与排出开口30分开并且另一方面与外部壳体流出部分开。关于功能能够参考上面的描述内容。
图9示出带有湍流垫-容纳凹陷部18的备选的构造的冷却组件10的分解图。底板16'在此构造为平面的板材，该平面的板材经由框架25与盖板14流体密封地且优选材料配合地连接、例如通过钎焊或烧结连接。框架24全面地形成容纳凹陷部18的侧22。这些侧被全面地闭合。排出开口30'与上面所描述的实施方式相反构造为底部缝口，所述底部缝口穿过底板16'的平面的板材。其余部分能够在考虑到附图标记类似性的情况下参考上面的描述内容，其中，图9中所示出的实施方式具有两件式地构造的内部的通道壳体34''的特点。
当然，在特定的描述中所讨论的以及图中所示的实施方式仅构成本发明的解释性实施例。本领域普通技术人员根据本公开内容得到广泛的变型可行方案。尤其是，可实现的冷却位置的数量在理论上是不受限的。也可设想不同于图中所示的冷却位置的线性布置方案来实现冷却位置。
附图标记列表
10 冷却组件
12 电子部件
13 钎焊或烧结层
14 盖板
16,16' 底板
18 湍流垫-容纳凹陷部
20 18的闭合的侧
22 18的敞开的侧
24 框架
26 湍流垫
28 进入开口
30,30' 排出开口
32 通道壳体元件
32' 接片布置结构
34,34',34'' 内部的通道壳体
36 延长壳体
38 底部开口
39 内部壳体流进部
40 延长壳体流出部
42 延长壳体流进部
44 外部的通道壳体
46 外部壳体流进部
48 外部壳体流出部

Claims (12)

1.用于机动车的电子部件(12)的冷却组件(10)，所述冷却组件包括：
-在冷却位置处与要冷却的电子部件(12)之一机械地且热地能连接的盖板(14)；
-流体密封地与所述盖板(14)连接的且至少在所述冷却位置处与所述盖板(14)间隔开的底板(16,16')；以及
-在所述冷却位置处布置在所述盖板(14)与所述底板(16,16')之间的自由空间中的湍流垫(26)，
其中，所述盖板(14)与所述底板(16,16')之间的自由空间与用于冷却剂的进入开口(28)和排出开口(30)处于导引流体的连接中，所述湍流垫(26)能够以所述冷却剂穿流，
其特征在于，
所述底板(16,16')在所述冷却位置处形成设有中央的进入开口(28)、容纳相应的湍流垫(26)的湍流垫-容纳凹陷部(18)，所述湍流垫-容纳凹陷部带有两个彼此相对而置的闭合的侧(20)和两个缝口状地沿着彼此相对而置的侧(20,22)延伸的排出开口(30,30')。
2.根据权利要求1所述的冷却组件(10)，其特征在于，所述容纳凹陷部(18)具有两个彼此相对而置的、作用为所述排出开口(30)的缝口状地敞开的侧(22)。
3.根据权利要求1所述的冷却组件(10)，其特征在于，所述排出开口(30')构造为在所述容纳凹陷部(18)的底部沿着彼此相对而置的闭合的侧(20)延伸的缝口。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的冷却组件(10)，其特征在于，所述底板(16)的内侧在所述湍流垫-容纳凹陷部(18)外部面状地材料配合地与所述盖板(14)连接。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的冷却组件(10)，其特征在于，所述底板(16,16')的内侧经由环绕所述湍流垫-容纳凹陷部(18)的框架(24)材料配合地与所述盖板(14)连接。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的冷却组件(10)，其特征在于，在底板侧至少在所述进入开口(28)的区域中敞开的、在其余部分除了内部壳体流进部(39)以外都闭合的、在所述进入开口(28)上形成拱顶的且在所述排出开口(30,30')之间的区域中延伸的内部的通道壳体(34;34'')流体密封地固定在所述底板(16,16')的外侧上。
7.根据权利要求6所述的冷却组件(10)，其特征在于，在底板侧敞开的、在其余部分除了与所述内部壳体流进部(39)密封地导引流体地连接的外部壳体流进部(46)以及外部壳体流出部(48)以外都闭合的、在所述内部的通道壳体(34,34'')以及所述排出开口(30)上形成拱顶的外部的通道壳体(44)流体密封地固定在所述底板(16,16')的外侧上。
8.根据权利要求7所述的冷却组件(10)，其特征在于，所述内部的通道壳体(34,34'')的外侧和所述外部的通道壳体(44)的内侧在其壳体背部的区域中材料配合地相互连接。
9.根据权利要求1所述的冷却组件(10)，其特征在于，在底板侧敞开的、在其余部分除了外部壳体流进部(46)以及外部壳体流出部(48)以外都闭合的、在所述进入开口(28)以及所述排出开口(30,30')上形成拱顶的外部的通道壳体(44)流体密封地固定在所述底板(16,16')的外侧上，其中，在所述外部的通道壳体(44)内部为了形成内部的通道壳体(34')，接片布置结构(32')一方面与其壳体背部的内侧流体密封地连接并且另一方面与所述底板(16,16')流体密封地连接，所述接片布置结构将一方面所述进入开口(28)和所述外部壳体流进部(46)流体密封地与另一方面所述排出开口(30,30')和所述外部壳体流出部(48)分开。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的冷却组件(10)，其特征在于，所述内部的通道壳体(34,34',34'')与流体密封地相对于其壳体内部隔开的延长壳体(36)连接，所述延长壳体具有侧向的延长壳体流进部(42)和与所述外部壳体流出部(48)密封地导引流体地连接的延长壳体流出部(40)。
11.根据权利要求10所述的冷却组件(10)，其特征在于，所述延长壳体(36)的外侧和所述外部的通道壳体(44)的内侧在其壳体背部的区域中材料配合地相互连接。
12.根据权利要求7至9中任一项所述的冷却组件(10)，其特征在于，所述通道壳体(34,34',34'',44)在带有相同类型地构造的湍流垫-容纳凹陷部(18)的多个冷却位置上延伸。
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