CN114963795A - 一种“e”型组合式液冷散热结构 - Google Patents
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Abstract
本发明属于航空电气技术领域，针对航空高压直流开关磁阻大功率起动/发电系统中的开关磁阻电机控制器提出了一种“E型”组合式液冷散热结构。包括：N块平行冷板和与N块平行冷板相连且垂直的长冷板；所述N块冷板远离长冷板一侧还连接有进液管；冷却液经进液管平行流入N块冷板，对N块冷板进行冷却；从N块冷板流出后对长冷板进行冷却并汇集流出。
Description
技术领域
本发明属于航空电气技术领域，针对航空高压直流开关磁阻大功率起动/发电系统中的开关磁阻电机控制器提出了一种“E型”组合式液冷散热结构。
背景技术
随着大功率航空电气产品的出现，元器件功耗增大，散热器的体积也越来越大。现有产品多采用平铺式结构，如图1、2所示。IGBT模块和二极管及支撑电容全部平铺在散热器上，从进水口到出水口采用串行散热的方式，图3为其散热器热仿真表面温度分布图。
现有的平铺式散热结构存在如下缺点：
1)产品单个方向尺寸过大，占用体积大，结构不紧凑，功重比低，成本高；
2)元器件(例如多个IGBT模块)散热不均匀，冷却液沿流道流动的同时吸收热量，因先后顺序不同造成元器件温度分布不均匀，造成性能差异，对正常工作产生一定影响，从而减少了整个电子设备的使用寿命。
因此需要一种体积小且能高效散热的散热结构，提高产品功重比和散热效果。
发明内容
针对背景技术中的平铺式散热结构的缺点，本发明提出一种“E型”组合式液冷散热结构。以减小产品体积，提高产品功重比，提升散热效果，为后续高压直流开关磁阻大功率起动/发电系统应用奠定基础，同时也为其他同类系统提供参考依据。
一种“E”型组合式液冷散热结构，包括：N块平行冷板和与N块平行冷板相连且垂直的长冷板；
所述N块冷板远离长冷板一侧还连接有进液管；
冷却液经进液管平行流入N块冷板，对N块冷板进行冷却；
从N块冷板流出后对长冷板进行冷却并汇集流出。
进一步，所述N块冷板内均设置有第一液冷管道；长冷板内设置有第二液冷管道；
所述N块冷板内的第一液冷管道一端均与进液管连接；另一端与长冷板内的第二液冷管道连接。
进一步，所述第一液冷管道为“蛇形”。
进一步，所述第二液冷管道包括N个“凹”型子管道，且N个“凹”型子管道底部通过出液管连通。
进一步，所述第一液冷管道、第二液冷管道与进液管、出液管之间通过流体连接器连通。
进一步，所述冷却液包括水、65#防冻液。
进一步，进液管与第一液冷管道的每个子管道底部相连通，第一液冷管道内的冷却液流向为从下至上。
进一步，第一液冷管道的每个子管道与第二液冷管道的每个子管道顶部相连通，第二液冷管道内的冷却液流向为从上至下。
进一步，在N块平行冷板两侧面装配IGBT及驱动板；
长冷板外侧面布置二极管。
进一步，在N块平行冷板上端面设置隔板，隔板上表面装配控制板、滤波器。
有益效果：
发明提出的“E型”组合式液冷散热结构，提高产品功重比和散热效果，冷板通过流体连接器连接，简单可靠，便于拆装。特别适用于航空电气，提高了产品的可靠性、测试性和维护性。
附图说明
图1平铺式散热结构示意图；
图2平铺式散热器内部管道结构示意图；
图3平铺式散热器表面温度分布图；
图4“E型”组合式高功重比液冷散热结构示意图；
图5“E型”组合式高功重比液冷散热结构装配示意图；
图6“E型”液冷管道示意图；
图7“E型”液冷管道温度分布图；
图8各元器件温度分布图；
1——散热器
2——IGBT
3——二极管
4——支撑电容
5——进液口
6——出液口
7——流体连接器
8——隔板
9——控制板
10——电源模块
11——信号滤波器
12——驱动板。
具体实施方式
本部分是本发明的实施例，用于解释和说明本发明的技术方案。
一种“E型”组合式高功重比液冷散热结构，包括：N块平行冷板和与N块平行冷板相连且垂直的长冷板；如图4所示，N块冷板并行放置，冷却液从进水口进入之后分N路分别进入N块冷板，之后汇集到长冷板，最后经出水口排出。
所述N块冷板内均设置有第一液冷管道，所述第一液冷管道为“蛇形”；长冷板内设置有第二液冷管道；所述第二液冷管道包括N个“凹”型子管道，且N个“凹”型子管道底部通过出液管连通。
所述N块冷板内的第一液冷管道一端均与进液管连接；另一端与长冷板内的第二液冷管道连接。
所述第一液冷管道、第二液冷管道与进液管、出液管之间通过流体连接器连通。
所述冷却液包括水、65#防冻液。
其装配方案如图5所示，两个IGBT模块组成一相半桥，N块冷板两面均可装配一相半桥，实施例中共有12个IGBT模块装配在三块并行冷板上，每相半桥上都带有一个小驱动板；支撑电容一侧连接IGBT输出端子，一侧连接二极管；控制板与下方IGBT模块通过隔板隔开，并与驱动板垂直对插。
这种“E型”组合式高功重比液冷散热结构，一是使结构更加紧凑，整体体积大大缩小，增大功重比；二是冷却液从进水口进入后优先给IGBT模块散热，且同时进入三块并行冷板，使每组IGBT模块散热效果更均匀，汇集到冷板4后给三个二极管散热，因为二极管的耐热性比IGBT好得多，所以这样排布散热效果更好；三是控制板、母线板、滤波器、电源模块等都在隔板上方，通过隔板与下方IGBT模块分开，使得强弱电分离，满足电磁兼容性要求。
为使该“E型”组合式高功重比液冷散热结构能均匀散热，设计了一种“E型”液冷管道，如图5所示，N块冷板两面均装配IGBT模块，将其并联排列，液冷管道中的流体通过进口管道分别进入三路管道，对IGBT模块的热量进行吸收，三路管道分别吸收三个二极管的热耗。进液管与第一液冷管道的每个子管道底部相连通，第一液冷管道内的冷却液流向为从下至上。这样设计管道能使冷却液充分流经冷板各处，带走更多热量。第一液冷管道的每个子管道与第二液冷管道的每个子管道顶部相连通，第二液冷管道内的冷却液流向为从上至下。此种连接方式避免了冷却液直接流出管道。其中管道连接处均采用可快速插拔式流体连接器，可增大阻力，增加冷却液停留时间，使散热更充分。这样既将12块IGBT模块紧凑布置，充分利用了空间，又使冷板2每一路的进口液温相差不大，保证了二极管温度分布的均匀性。
一种“E型”高效散热液冷管道形式，12个IGBT模块的热损耗相当，每个模块约为150W。三个二极管的热损耗相当，每个约为200W。取环境温度及机箱初始温度均为70℃，采用55℃的水进行液冷散热。取液体进出口温差为10℃，计算得流量为3L/min，通过ICEPAK模拟得到液体的温度分布如图6、7所示，元器件温度分布如图8所示。从图中可以看出各IGBT模块的温度相差不大，各二极管的温度相差也不大。
从散热方面进行分析，IGBT模块工作时的最高允许温度比较低，属于敏感元器件，因此散热要求高，需放置在进水端，并且在体积允许的情况下并联管路越多越好，这样可使得IGBT表面的温度分布更加均匀，元器件工作更加稳定；二极管对温度要求低，属于耐热元器件，高允许温度高，将其放置在出口端。
本发明简单可靠，为航空大功率功率变换器结构设计提供了一种功重比更高和散热效果更好的选择。
Claims (10)
1.一种“E”型组合式液冷散热结构，其特征在于：所述结构包括：N块平行冷板和与N块平行冷板相连且垂直的长冷板；
所述N块冷板远离长冷板一侧还连接有进液管；
冷却液经进液管平行流入N块冷板，对N块冷板进行冷却；
从N块冷板流出后对长冷板进行冷却并汇集流出。
2.根据权利要求1所述的散热结构；其特征在于：所述N块冷板内均设置有第一液冷管道；长冷板内设置有第二液冷管道；
所述N块冷板内的第一液冷管道一端均与进液管连接；另一端与长冷板内的第二液冷管道连接。
3.根据权利要求2所述的散热结构；其特征在于：所述第一液冷管道为“蛇形”。
4.根据权利要求2所述的散热结构；其特征在于：所述第二液冷管道包括N个“凹”型子管道，且N个“凹”型子管道底部通过出液管连通。
5.根据权利要求2所述的散热结构；其特征在于：所述第一液冷管道、第二液冷管道与进液管、出液管之间通过流体连接器连通。
6.根据权利要求2所述的散热结构；其特征在于：所述冷却液包括水、65#防冻液。
7.根据权利要求5所述的散热结构；其特征在于：进液管与第一液冷管道的每个子管道底部相连通，第一液冷管道内的冷却液流向为从下至上。
8.根据权利要求5所述的散热结构；其特征在于：第一液冷管道的每个子管道与第二液冷管道的每个子管道顶部相连通，第二液冷管道内的冷却液流向为从上至下。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的散热结构；其特征在于：
在N块平行冷板两侧面装配IGBT及驱动板；
长冷板外侧面布置二极管。
10.根据权利要求9所述的散热结构；其特征在于：在N块平行冷板上端面设置隔板，隔板上表面装配控制板、滤波器。
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| CN202210578327.1A CN114963795A (zh) | 2022-05-25 | 2022-05-25 | 一种“e”型组合式液冷散热结构 |
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| CN114963795A true CN114963795A (zh) | 2022-08-30 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115603598A (zh) * | 2022-10-21 | 2023-01-13 | 重庆中车时代电气技术有限公司（Cn） | 一种液冷整流模块压装组件和液冷整流器模组 |
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2022
- 2022-05-25 CN CN202210578327.1A patent/CN114963795A/zh active Pending
Cited By (2)
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| CN115603598B (zh) * | 2022-10-21 | 2024-03-15 | 重庆中车时代电气技术有限公司 | 一种液冷整流模块压装组件和液冷整流器模组 |
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