CN113439492B - 电动汽车用功率半导体冷却模块 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电动汽车用功率半导体冷却模块，本发明的一示例性实施例的电动汽车用功率半导体冷却模块与马达电连接，包括：外壳部，形成为具有内部空间的盒体形状；功率元件部，配置在所述内部空间，并且通过至少一个母排与所述马达电连接；散热部，配置在所述内部空间以与所述功率元件部接触，进而冷却在所述功率元件部产生的热；及防止热回流部件，配置成包围所述母排的总长度中的至少一部分长度，并且与所述散热部接触。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车用功率半导体冷却模块。
背景技术
作为环保汽车的种类有混合动力汽车(HEV)、电动车(EV)包括在内以及将这两者优点结合的插电式混合动力汽车(PHEV)等。
这种环保汽车是以交流(AC)三相电压驱动电机。据此，环保汽车需要逆变器，将由高电压电池提供的直流电压转换为用于驱动马达的AC(交流)三相电压，为了给诸如汽车前灯、雨刷、泵和控制板等的汽车零部件提供12V的电压，需要低压DC-DC转换器(Low DC-DCConverter)，用于将高压电池转换为12V低压电池。这些逆变器及LDC合起来可统称为功率转换装置。
如上所述的功率转换装置包括PCU(功率控制单元；Power Control Unit)或者功率模块(例如，IGBT(Insulated gate bipolar transistor，绝缘栅双极型晶体管)模块)，以用于将驱动用电池的高电压(例如，300V)调节成适合马达的状态来进行供应。
功率模块包括逆变器、平滑电容器及转换器等功率元件或者功率半导体(功率转换装置)。所述功率元件或者功率半导体是通过供应电力(electricity)产生热，因此必须要求单独的冷却工具。
尤其是，在诸如功率转换装置的功率半导体等的零部件的设计中冷却性能可能是重要因素。即，若这些零部件持续受热，则降低性能，严重的情况下，损坏零部件，若冷却性能降低，则相应的零部件的耐久寿命也会缩短。
如上所述的功率模块通过母排(bus bar)与马达电连接。通常，母排使用铜，铜在材料特性上兼具导电性和导热性。据此，在驱动马达时产生的热通过母排向功率模块侧回流，进而存在因为通过母排回流的热降低功率模块的性能的问题。
发明内容
(要解决的问题)
本发明是考虑到如上所述的点而提出的，目的在于提供一种能够解决通过母排从马达向功率元件部回流热的问题的电动汽车用功率半导体冷却模块。
(解决问题的手段)
为了解决上述问题，本发明提供一种电动汽车用功率半导体冷却模块，与马达电连接，包括：外壳部，形成为具有内部空间的盒体形状；功率元件部，配置在所述内部空间，并且通过至少一个母排与所述马达电连接；散热部，配置在所述内部空间以与所述功率元件部接触，进而冷却在所述功率元件部产生的热；及防止热回流部件，配置成包围所述母排的总长度中的至少一部分长度，并且与所述散热部接触。
另外，所述散热部可包括：散热器，配置成与所述功率元件部接触；冷却单元，冷却所述散热器。
另外，所述散热器可包括：散热板，形成为具有预定面积的板形状；多个散热片，在所述散热板的一面凸出形成。
另外，所述冷却单元可包括容纳槽，所述容纳槽从主体的一面凹陷预定深度而成，以容纳所述散热器；所述散热器为在插入于所述容纳槽的状态下边框侧可与所述主体直接接触。
另外，所述冷却单元可包括：主体，在内部容纳从外部供应的冷却水；入口及出口，配置在所述主体的一侧，以使所述冷却水流进或者流出；所述散热器可通过与所述冷却水热交换而被冷却。
另外，所述防止热回流部件配置成使至少一面与所述冷却单元的一面相互面接触，进而可被所述冷却单元直接冷却。
另外，所述防止热回流部件可用具有散热性及绝缘性的塑料材料构成。
另外，在相互面对的防止热回流部件的一面和冷却单元的一面之间可介入传热材料。
另外，所述母排可包括第一端部和第二端部，所述第一端部与所述功率元件部电连接，所述第二端部通过所述外壳部的通过孔暴露在外部；所述防止热回流部件可配置成位于所述第一端部及第二端部之间。据此，所述防止热回流部件通过与所述散热部热交换可阻止热从所述第一端部向所述第二端部侧移动。
(发明的效果)
根据本发明，即使从马达产生的热通过母排向功率元件部侧回流，回流的热也可通过防止热回流部件向冷却单元侧散发。据此，防止功率元件部因为从马达回流的热而出现过热，因此可将因为回流的热导致功率元件部的性能下降防止于未然。
附图说明
图1是示出本发明的一实施例的电动汽车用功率半导体冷却模块的图；
图2是示出在图1中去除外壳的状态的图；
图3是图1的分解图；
图4是在图1去除盖板的状态的平面图；及
图5是图1的A-A方向剖面图。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的实施例，以使本发明所属技术领域中具有常规知识的人可容易实施。本发明可实现为各种不同的形状，不限于在此说明的实施例。为了明确说明，在附图中省略与说明无关的部分，在说明书全文中对于相同或者类似的构成元素赋予相同的附图标记。
如图1至图3所示，本发明的一实施例的电动汽车用功率半导体冷却模块100包括：外壳部110、功率元件部120、散热部140、150及防止热回流部件160。
所述外壳部110可形成为具有内部空间S的盒体形状。据此，所述外壳部110可在所述内部空间S容纳所述功率元件部120、散热部140、150及防止热回流部件160等。
举一示例，所述外壳部110可包括：壳体111，形成为具有上部开放的内部空间S的盒体形状；盖板112，覆盖所述壳体111的开放的上部。
此时，所述外壳部110可用具有散热性的材料构成。
举一示例，所述外壳部110可用诸如铝的金属材料构成。然而，所述外壳部110的材料不限于此，而是只要是具有散热性的材料，可使用公知的各种材料。即，所述外壳部110除了金属材料以外还可用具有散热性的公知的散热塑料材料构成，也能够以组合金属材料和散热塑料材料的形式构成。
所述功率元件部120可包括公知的绝缘栅极双极晶体管(IGBT)，并且可包括诸如逆变器、平滑电容器和转换器等的功率元件或者功率半导体(功率转换装置)。另外，所述功率元件部120可执行改变用于驱动马达的电压的作用。
如上所述的功率元件部120是常规适用于包括混合动力汽车(HEV)、电动车(EV)及插电式混合动力汽车(PHEV)等的环保汽车的内容，因此省略详细说明。
此时，所述功率元件部120通过至少一个母排130可与用于驱动所述环保汽车的马达(未示出)电连接。
即，如图2至图4所示，所述母排130的一端部可与所述功率元件部120连接，而另一端部可暴露在所述外壳部110的外部。
具体地说，所述至少一个母排130可由具有预定长度的板形状的部件形成，并且可具有弯曲至少一次的形状。
如上所述的母排130在配置在所述外壳部110的内部空间S1的状态下一端部可连接于所述功率元件部120，而另一端部可暴露在所述外壳部110的外部。
举一示例，所述母排130可以是具有预定的长度并且包括第一端部131和第二端部132的板形状部件。
如上所述的情况下，所述第一端部131可连接于所述功率元件部120，而所述第二端部132通过贯通形成在所述壳体111一侧的通过孔111a可暴露到外部。
在此，所述母排130可用具有导电性材料构成，可电连接所述功率元件部120和马达。举一示例，所述母排130可用包括铜、铝等的金属材料构成。
所述散热部140、150可配置在所述内部空间S，以与所述功率元件部120接触。
如上所述的散热部140、150在所述功率元件部120工作时接收在所述功率元件部120产生的热来进行冷却。
举一示例，所述散热部140、150可包括散热器140和冷却单元150。
所述散热器140在所述功率元件部120工作时接收在所述功率元件部120产生的热来向外部散发或者可向其他零部件侧传递。
为此，所述散热器140可用导热性优秀的金属材料构成。作为非限制性一示例，所述散热器140可用包含减轻总重量的同时导热性优秀的铝的金属材料构成。然而，所述散热器140的材料不限于此，而是只要是散热性及/或者导热性优秀的材料，可无限制使用。
此时，所述散热器140可配置成在所述内部空间S内使至少一部分与所述功率元件部120接触。举一示例，所述散热器140的一面可与所述功率元件部120的一面面接触。
具体地说，所述散热器140可包括具有预定面积的板形状的散热板141，所述散热板141的上面可与所述功率元件部120的下部面面接触。
据此，所述散热板141与所述功率元件部120面接触，以增加热交换面积，进而可顺利传递从所述功率元件部120产生的热。
此时，所述散热器140还可包括至少一个散热片142，以增加热交换面积，进而能够提高散热性。即，如图3所示，所述散热器140可包括多个散热片142，所述多个散热片142在所述散热板141的一面凸出预定长度而成。
所述冷却单元150可强制冷却在所述功率元件部120产生之后向所述散热器140侧传递的热。据此，所述冷却单元150快速冷却向所述散热器140传递的热，进而可将所述功率元件部120的温度保持在适当的温度。
即，所述冷却单元150强制降低接触于所述功率元件部120一面地配置的散热器140的温度，进而可冷却所述功率元件部120。
为此，所述冷却单元150可配置成使至少一部分与所述散热器140接触，所述冷却单元150利用从外部供应的冷却水可快速冷却从所述功率元件部120向散热器140传递的热。
具体地说，所述冷却单元150可包括：主体151，在内部容纳从外部供应的冷却水；入口153及出口154，分别配置在所述主体151的一侧，以使所述冷却水能够流进、流出。
在如上所述的情况下，所述入口153及出口154可配置成暴露在外壳部110的外部。
据此，从外部向所述主体151内部供应的冷却水通过与所述散热器140热交换可冷却所述散热器140，在所述功率元件部120产生的热可快速传递至通过冷却水冷却的散热器140侧。据此，所述功率元件部120即使在工作时产生热也可保持适当的温度。
在此，所述主体151内部可形成有多个通道(未示出)，以使通过所述入口153供应的冷却水能够以之字形流动，但是不限于此，而是也可由一个空间形成。
此时，所述冷却单元150可包括容纳槽152，所述容纳槽152容纳所述散热器140的同时可增加与所述散热器140的接触面积。即，所述容纳槽152可从所述主体151的一面凹陷预定深度而成。
举一示例，如图3所示，所述主体151可包括容纳槽152，所述容纳槽152为在所述主体151的上部面向内侧凹陷预定深度而成，所述容纳槽152可具有与所述散热器140大致相同的大小。
据此，所述散热器140可插入于所述容纳槽152侧，所述散热器140在插入于所述容纳槽152的状态下至少一部分可与所述主体151直接接触。
作为非限制性一示例，如图4及图5所示，所述散热器140可插入于所述容纳槽152，以使所述散热板141的边框侧与所述主体151直接接触。
据此，所述散热器140可增加与所述冷却单元150热交换的面积，进而通过与冷却水热交换可快速散热。
即使从所述马达产生的热通过具有导热性的母排130向功率元件部120侧回流，所述防止热回流部件160也可防止回流的热影响所述功率元件部120。
即，所述防止热回流部件160可引导通过所述母排130从马达回流的热能够向所述冷却单元150侧散发。据此，所述防止热回流部件160阻止从马达回流的热传递至所述功率元件部120侧，进而可将因为热导致功率元件部120的性能下降及损坏防止于未然。
据此，如上所述，在所述功率元件部120工作时，在功率元件部120产生的热传递至散热器140侧之后可被冷却单元150冷却，并且从马达通过母排130回流的热通过防止热回流部件160引导至冷却单元150侧之后可被冷却。
因此，所述功率元件部120可保持已设定的适当温度，进而可将因为热导致功率元件部120的性能下降及损坏防止于未然。
为此，所述防止热回流部件160可配置成包围所述母排130的总长度中的至少一部分长度，并且可配置在所述内部空间S，以使至少一部分与所述冷却单元150接触。
在此，所述防止热回流部件160可配置成在所述母排130的总长度中包围配置在所述内部空间S的总长度，但是也可配置成只包围配置在所述内部空间S的总长度中的一部分长度。
具体地说，所述防止热回流部件160可配置成在所述母排130的总长度中包围除了第一端部131及第二端部132以外的剩余长度部分，并且可配置成位于所述第一端部131及第二端部132之间。
再则，所述防止热回流部件160可配置成在所述散热部140、150中与所述冷却单元150直接接触，并且防止热回流部件160可配置成一面与构成所述冷却单元150的主体151的一面面接触以增加热交换面积。
据此，即使热从所述马达向所述母排130侧回流，向所述母排130侧回流的热通过所述防止热回流部件160向所述冷却单元150侧移动进而可被冷却。据此，所述防止热回流部件160可阻止从马达回流的热传递至所述功率元件部120侧。
此时，所述防止热回流部件160可由具有散热性及绝缘性的材料构成，以防止所述母排130和冷却单元150电短路的同时也可将从所述马达向母排130侧回流的热顺利传递至所述冷却单元150侧。
举一示例，所述防止热回流部件160可用具有散热性及绝缘性的塑料材料构成。据此，通过所述母排130回流的热传递至所述冷却单元150侧之后可被快速冷却。
据此，本发明的一实施例的电动汽车用功率半导体冷却模块100为，即使热通过所述母排130从马达回流，也可通过由具有散热性及绝缘性的塑料材料构成的防止热回流部件160顺利传递至冷却单元150侧，之后通过向所述冷却单元150供应的冷却水可快速散热。
对此，可从以下表1确认。
实施例为在图1至图5示出的电动汽车用功率半导体冷却模块100中与母排130的第一端部131及第二端部132相应的位置的测量温度，比较例为在以上实施例中去除防止热回流部件的常规电动汽车用功率半导体冷却模块中与母排130的第一端部131及第二端部132相应的位置的测量温度。另外，在实施例中防止热回流部件160使用了导热率为3W/m·K的材料，流进冷却单元150的冷却水使用了温度为25℃的冷却水。
(表1)母排的各个位置的温度
在以上的表1中可确认到，在本发明的一实施例的电动汽车用功率半导体冷却模块100中，即使与马达连接的第二端部132的温度与比较例相同，但是在与所述功率元件部120连接的第一端部131的温度更低约12.4℃。
另外，对于在设置所述防止热回流部件160的部分的母排130的温度，可确认到实施例相比于比较例更低29.4℃。
从上述结果来看，实施例的情况可意味着即使从所述第二端部132向第一端部131侧回流热，回流的热向第一端部131侧移动的过程中通过防止热回流部件160传递至冷却单元150侧进而被冷却。
据此，本发明的一实施例的电动汽车用功率半导体冷却模块100为，即使从马达通过母排130回流热，回流的热也被冷却单元150冷却，因此向功率元件部120侧回流的热量非常微小或者通过防止热回流部件160引导至冷却单元150侧而损失。
因此，本发明的一实施例的电动汽车用功率半导体冷却模块100为，即使从所述马达产生的热通过具有导热性的母排130向功率元件部120侧回流，也可将回流的热对所述功率元件部120造成的影响最小化。
据此，本发明的一实施例的电动汽车用功率半导体冷却模块100为，即使从所述马达产生的热通过母排130向功率元件部120侧回流，也可将因为回流的热导致的功率元件部120的热损坏及性能下降防止于未然。
另一方面，可适用于本发明的一实施例的电动汽车用功率半导体冷却模块100的防止热回流部件160可以是用具有散热性及绝缘性的树脂成型组合物形成的成型物，通过嵌件成型可与所述母排130形成一体。
作为非限制性一示例，对于所述防止热回流部件160，具有散热性及绝缘性的塑料可以是在高分子基质分散绝缘性散热填料的形式。
在此，所述高分子基质由不妨碍散热填料的分散性的同时能够注塑成型的高分子化合物实现的情况下，可无限制使用。作为具体的一示例，所述高分子基质可以是公知的热塑性高分子化合物，所述热塑性高分子化合物可以是在由聚酰胺、聚酯、聚酮、液晶高分子、聚烯烃、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、聚苯醚(PPO)、聚醚砜(PES)、聚醚酰亚胺(PEI)和聚酰亚胺组成的群组中选择的一种化合物或者两种以上的混合物或者共聚物。
另外，对于所述绝缘性散热填料，只要是同时具有绝缘性及散热性，都可无限制使用。作为具体的一示例，所述绝缘性散热填料可包含由氧化镁、二氧化钛、氮化铝、氮化硅、氮化硼、氧化铝、二氧化硅、氧化锌、钛酸钡、钛酸锶、氧化铍、碳化硅及氧化锰组成的群组中选择的一种以上。
再则，所述绝缘性散热填料可以是多孔或者无孔的，也可以是核壳型填料，将诸如碳、金属等的公知的导电性散热填料作为核芯并且由绝缘性成分包围该核芯。
再则，所述绝缘性散热填料的情况下，也可以是对表面用硅烷基、氨基、胺基、羟基、羧基等官能团进行改性以提高润湿性等进而能够提高与高分子基质的界面粘合力的材料。
然而，在本发明可使用的具有绝缘性及散热性的塑料不限于此，只要是同时具有绝缘性和散热性的塑料，则可无限制地都可使用。
另一方面，本发明的一实施例的电动汽车用功率半导体冷却模块100为，在相互接触的防止热回流部件160的一面和冷却单元150的一面可配置传热材料170。
如上所述的传热材料170具有导热性并且可介入于相互面对的防止热回流部件160的一面和冷却单元150的一面，使所述的传热材料170两面分别与防止热回流部件160的一面和冷却单元150的一面面接触。据此，所述传热材料170可从所述防止热回流部件160向冷却单元150侧顺利传递热。
作为一示例，所述传热材料170可以是由包含导热性填料及相变化合物(Phasechange materials)中任意一种以上的散热形成组合物固化的垫片形状。
另外，所述传热材料170也可以是在所述防止热回流部件160的一面直接涂敷预定厚度的包含相变化合物及导热性填料中的任意一种以上的散热形成组合物进行固化的垫片形状。
在此，所述传热材料170可介入于相互面对的防止热回流部件160的一面和冷却单元150的一面之间的同时，如图4所示，也可介入于相互面对的防止热回流部件160的一面和壳体111的底面之间。
以上，对本发明的一实施例进行了说明，但是本发明的思想不限于在本说明书提出的实施例，而是理解本发明思想的技术人员在相同的思想范围内通过附加、改变、删除、增加构成元素等可容易提出其他实施例，而且这也包括在本发明的思想范围内。
Claims (8)
1.一种电动汽车用功率半导体冷却模块，与马达电连接，包括：
外壳部，形成为具有内部空间的盒体形状；
功率元件部，配置在所述内部空间，并且通过母排与所述马达电连接；
散热器，所述散热器配置在所述内部空间以与所述功率元件部接触；
冷却单元，所述冷却单元被配置成冷却所述散热器；
防止热回流部件，配置成包围所述母排，并且与所述冷却单元接触，
其中，所述母排包括第一端部和第二端部，所述第一端部与所述功率元件部电连接，所述第二端部暴露在所述外壳部的外部，并且
所述防止热回流部件配置成与所述冷却单元接触，同时在所述第一端部与所述第二端部之间包围所述母排的外周，以阻止从所述马达产生的热通过所述母排而传递到所述功率元件部，
其中，所述防止热回流部件由所述冷却单元直接冷却。
2.根据权利要求1所述的电动汽车用功率半导体冷却模块，其特征在于，
所述散热器包括：散热板，形成为具有预定面积的板形状；多个散热片，在所述散热板的一面凸出形成。
3.根据权利要求1所述的电动汽车用功率半导体冷却模块，其特征在于，
所述冷却单元包括容纳槽，所述容纳槽从主体的一面凹陷预定深度而成，以容纳所述散热器；所述散热器在插入于所述容纳槽的状态下边框侧与所述主体直接接触。
4.根据权利要求1所述的电动汽车用功率半导体冷却模块，其特征在于，
所述冷却单元包括：主体，在内部容纳从外部供应的冷却水；入口及出口，配置在所述主体的一侧，以使所述冷却水流进或者流出；
所述散热器通过与所述冷却水热交换而被冷却。
5.根据权利要求1所述的电动汽车用功率半导体冷却模块，其特征在于，
所述防止热回流部件配置成使一面与所述冷却单元的一面相互面接触。
6.根据权利要求1所述的电动汽车用功率半导体冷却模块，其特征在于，
所述防止热回流部件用具有散热性及绝缘性的塑料材料构成。
7.根据权利要求1所述的电动汽车用功率半导体冷却模块，其特征在于，
在相互面对的防止热回流部件的一面和冷却单元的一面之间介入传热材料。
8.根据权利要求1所述的电动汽车用功率半导体冷却模块，其特征在于，
所述防止热回流部件通过与所述冷却单元热交换阻止热从所述第一端部向所述第二端部侧移动。
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