CN117279331A - 光伏逆变器 - Google Patents

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周瑜
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Abstract

本申请公开了一种光伏逆变器。光伏逆变器包括：箱体、功率模块以及水冷板组件。所述箱体包括容置腔；所述功率模块设置于所述容置腔内；所述水冷板组件包括主体、进水管以及出水管，所述主体设置于所述容置腔内部，所述功率模块通过导热件设置于所述主体上，所述主体上设置有水冷通道，所述进水管与所述水冷通道的进水口连通，所述出水管与所述水冷通道的出水口连通，且所述进水管和所述出水管均穿出于所述箱体的外部。本申请的光伏逆变器可以解决现有技术中采用风冷方式对光伏逆变器进行冷却时，光伏逆变器的换热效率比较低的问题。

Description

光伏逆变器
技术领域
本申请涉及逆变器技术领域，具体而言，涉及一种光伏逆变器。
背景技术
光伏逆变器(PV inverter或solar inverter)是可以将光伏(PV)太阳能板产生的可变直流电压转换为市电频率交流电(AC)的逆变器，可以反馈回商用输电系统，或是供离网的电网使用。
现有技术中，为解决高功率储能逆变器的散热问题，通常采用风冷技术对光伏逆变器内部的电子元器件等发热元件进行冷却。目前，风冷的热交换效率比较低，整机内的温升高，光伏逆变器内部的电子元件的可靠性比较低，容易增加光伏逆变器的维护成本以及人工成本。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种光伏逆变器，以解决现有技术中采用风冷方式对光伏逆变器进行冷却时，光伏逆变器的换热效率比较低的问题。
根据本申请的一个方面，提供了一种光伏逆变器，包括：
箱体，所述箱体包括容置腔；
功率模块，所述功率模块设置于所述容置腔内；
水冷板组件，所述水冷板组件包括主体、进水管以及出水管，所述主体设置于所述容置腔内部，所述功率模块通过导热件设置于所述主体上，所述主体上设置有水冷通道，所述进水管与所述水冷通道的进水口连通，所述出水管与所述水冷通道的出水口连通，且所述进水管和所述出水管均穿出于所述箱体的外部。
进一步地，所述主体包括：
底板，所述底板上设置有所述水冷通道，沿所述底板的长度方向，所述水冷通道包括多个相互连通的直线流道段，且各所述直线流道段内均设置有散热部；
盖板，所述盖板盖设于所述底板上。
进一步地，所述散热部包括散热凸筋和/或散热柱。
进一步地，所述散热凸筋包括多条，多条所述散热凸筋沿所述直线流道段的宽度方向间隔设置，各所述散热凸筋均沿所述直线流道段的长度方向延伸，且沿所述直线流道段的长度方向，所述散热部具有至少一个间断部，所述间断部沿所述直线流道段的宽度方向延伸。
进一步地，所述功率模块包括灌封电感，至少所述灌封电感在所述主体上的投影内具有的所述间断部。
进一步地，所述导热件包括导热壳，所述导热壳套设在所述灌封电感的外周并固定在所述主体上，且所述导热壳在所述主体上的投影处具有所述散热凸筋。
进一步地，所述散热柱包括多个，多个所述散热柱均匀间隔设置于所述直线流道段内。
进一步地，所述底板上设置有四个所述直线流道段，四个所述直线流道段包括第一流道段、第二流道段、第三流道段以及第四流道段，所述第一流道段、所述第二流道段、所述第三流道段以及所述第四流道段沿所述主体的宽度方向依次设置，其中，
所述第一流道段的入口端、所述第二流道段的出口端、所述第三流道段的入口端、所述第四流道段的出口端位于所述底板长度方向的第一端，所述第一流道段的出口端、所述第二流道段的入口端、所述第三流道段的出口端以及所述第四流道段的入口端位于所述底板长度方向的第二端；
所述第一流道段的出口端与所述第四流道段的入口端通过第一过渡段连通，所述第二流道段的入口端与所述第三流道段的出口端通过第二过渡段连通，所述第四流道段的出口端与所述第三流道段的入口端通过第三过渡段连通；或者，所述第一流道段的出口端与所述第二流道段的入口端通过第四过渡段连通，所述第二流道段的出口端与所述第三流道段的入口端通过第五过渡段连通，所述第三流道段的出口端与所述第四流道段的入口端通过第六过渡段连通。
进一步地，所述第一过渡段、所述第二过渡段、所述第三过渡段、所述第四过渡段、所述第五过渡段以及所述第六过渡段至少之一内设置有导流筋。
进一步地，所述功率模块还包括功率板，所述导热件还包括导热胶，所述功率板通过所述导热胶固定在所述水冷板组件上。
在本申请中，由于光伏逆变器设置有水冷板组件，实际使用时，通过水冷板组件的进水管的作用，可以向主体内的水冷通道内通入水等冷媒，冷媒进入水冷通道后，可以与主体进行换热，主体通过导热件可以与功率模块进行换热，进而可以对功率模块进行冷却，换热之后的冷媒可以从出水管流出箱体外部。相对于现有技术中采用风冷的结构而言，本申请中的光伏逆变器设置水冷板组件，该水冷板组件与导热件结合，可以实现水冷板组件与功率模块之间的热量的快速交换，能够有效对功率模块进行冷却，进而可以对功率模块上的发热器件进行保护，减少光伏逆变器的维护成本及人工成本。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本申请实施例公开的光伏逆变器的分解图；
图2为本申请实施例公开的功率模块安装在水冷板组件上时的立体结构图；
图3为本申请实施例公开的功率模块安装在水冷板组件上时的俯视图；
图4为图3中的A-A剖视图；
图5为本申请实施例公开的一种底板的立体结构图；
图6为图5中的M区域的放大图；
图7为本申请实施例公开的另一种底板的立体结构图；
图8为图7中的N区域的放大图；
图9为本申请实施例公开的一种水冷板组件的立体结构图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、箱体；11、容置腔；20、功率模块；21、灌封电感；22、功率板；30、水冷板组件；31、主体；311、底板；3111、进水口；3112、出水口；312、盖板；32、进水管；33、出水管；301、直线流道段；301a、第一流道段；301b、第二流道段；301c、第三流道段；301d、第四流道段；302、第一过渡段；303、第二过渡段；304、第三过渡段；305、第四过渡段；306、第五过渡段；307、第六过渡段；308、第一导流筋；309、第二导流筋；34、散热部；341、散热凸筋；342、散热柱；343、间断部；40、导热壳。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
参见图1至图9所示，根据本申请的实施例，提供了一种光伏逆变器，该光伏逆变器包括箱体10、功率模块20以及水冷板组件30。
其中，箱体10包括容置腔11；功率模块20设置于容置腔11内；水冷板组件30包括主体31、进水管32以及出水管33。主体31设置于容置腔11内部，功率模块20通过导热件设置于主体31上，主体31上设置有水冷通道，进水管32与水冷通道的进水口3111连通，出水管33与水冷通道的出水口3112连通，且进水管32和出水管33均穿出于箱体10的外部。
在本实施例中，由于光伏逆变器设置有水冷板组件30，实际使用时，通过水冷板组件30的进水管32的作用，可以向主体31内的水冷通道内通入水等冷媒，冷媒进入水冷通道后，可以与主体31进行换热，主体31通过导热件可以与功率模块20进行换热，进而可以对功率模块20进行冷却，换热之后的冷媒可以从出水管33流出箱体10外部。相对于现有技术中采用风冷的结构而言，本实施例中的光伏逆变器设置水冷板组件30，该水冷板组件30与导热件结合，可以实现水冷板组件30与功率模块20之间的热量的快速交换，能够有效对功率模块20进行冷却，进而可以对功率模块20上的发热器件进行保护，减少光伏逆变器的维护成本及人工成本。
参见图1所示，本实施例中的箱体10呈正方形设置，该正方形的箱体10内设置有正方形的容置腔11，功率模块20和水冷板组件30的主体31均安装在该容置腔11内。具体地，水冷板组件30位于容置腔11的底部，功率模块20安装在水冷板组件30上，水冷板组件30的进水管32和出水管33与主体31上的水冷通道连通，并从容置腔11穿出于箱体10，便于与外部水源等连接，进而可以对水冷通道持续通入冷却水等冷媒。当然，在本申请的其他实施例中，箱体10还可以是圆柱形箱体、椭圆柱形箱体或者其他异形箱体，只要是在本申请的构思下的其他变形方式，均在本申请的保护范围之内。进水管32和出水管33采用金属水管，与主体31通过焊接的方式焊接为一体，结构简单，稳定可靠；本申请实施例中，进水管32和出水管33的内径均为14mm，在其他方案中，进水管32和出水管33的内径可以不同。
参见图5和图7所示，在本申请的一些实施例中，主体31包括底板311和盖板312。底板311上设置有上述的水冷通道，沿底板311的长度方向，水冷通道包括多个相互连通的直线流道段，且各直线流道段301内均设置有散热部34；盖板312盖设于底板311上。在本实施例中，通过将主体31设置为底板311和盖板312组合的形式，更便于对主体31进行加工，实际加工时，只需要在底板311上加工成形水冷通道，然后将盖板312固定在底板311上并将水冷通道密封即可。示例性地，本实施例中的底板311和盖板312之间可以通过螺钉、螺栓、卡扣或者焊接等方式连接，本申请中优选采用焊接的方式连接，焊接过程可以直接对底板311和盖板312之间的缝隙密封，结构简单，密封性好。与此同时，本实施例中将水冷通道设置为多个相互连通的直线流道段301，更便于加工。在直线流道段301内设置散热部34，该散热部34可以与水冷通道内的冷媒充分接触以进行热交换，便于提高本实施例中的水冷板组件30的散热效果。
可选地，本实施例中的散热部34可以是散热凸筋341，也可以是散热柱342，还可以是散热凸筋341和散热柱342的结合。如图4和图5示出了散热部34为散热凸筋341时的情况；图7和图8示出了散热部34为散热柱342时的情况。
结合图1至图6所示，本实施例中的散热部34包括多条散热凸筋341，多条散热凸筋341沿直线流道段的宽度方向间隔设置，各散热凸筋341均沿直线流道段的长度方向延伸，且沿直线流道段的长度方向，散热部34具有至少一个间断部343，该间断部343沿直线流道段的宽度方向延伸。由于本实施例中的散热凸筋341为多条，该多条散热凸筋341沿直线流道段的宽度方向间隔设置，便于冷媒流过，多条散热凸筋341沿直线流道段的长度方向延伸，能够与直线流道段内的冷媒进行充分的接触以便于进行热交换。与此同时，由于直线流道段内部的水等冷媒换热过程中，其温度是不断升高的，因此，水的压力也会不断升高，本申请中通过在散热部34上设置间断部343，当水等冷媒沿相邻两条散热凸筋341流动至间断部343处，可以释放冷媒的流阻，便于对冷媒进行泄压，避免主体31内部的压力过大而造成主体31发生开裂等安全隐患。此外，通过间断部343的作用，可以使得直线流道段内的液体在间断部343处混合，当水等液体从间断部343处再次进入至直线流道段内下一段散热凸筋341之间时，能够有效地对安装在水冷板组件30上的功率模块20进行有效冷却。
可选地，本实施例中的间断部343为多个，多个间断部343沿水冷通道的长度方向间隔设置，如此，当水等冷媒在水冷通道内流动一定距离之后就可以进行混合泄压，能够进一步提高本实施例中的主体31使用过程中的结构稳定性和散热效果。
进一步地，本实施例中的功率模块20包括灌封电感21，至少灌封电感21在底板311上的投影内具有上述的间断部343。也即是说，间断部343至少位于在灌封电感21底部，如此设置，更适于水等冷媒在灌封电感21的底部汇聚以便于在温升块的位置进行快速泄压。实际设计时，间断部343沿主体31的宽度方向，即图5中的Y方向延伸。
进一步地，导热件包括导热壳40，该导热壳40套设在灌封电感21的外周并固定在主体31上，该导热壳40在主体31上的投影处具有所述散热凸筋341，也即是说，主体31与导热壳40正对的位置处设置有散热凸筋341，该散热凸筋341可以在冷媒以及导热壳40之间进行有效的热传递，更适于快速地对灌封电感21进行散热。可选地，本实施例中的导热壳40为导热性能比较高的金属壳体，通过该导热壳40的作用，便于将灌封电感21的热量传递至主体31以便于对灌封电感21进行冷却。实际安装时，灌封电感21通过螺丝固定在水冷板组件30上，灌封电感21为三个，导热壳40为压铸壳体，该压铸壳体通过螺丝固定在主体31上，便于在主体31和灌封电感21之间进行热传递。
底板311上设置有四个直线流道段301，四个直线流道段301包括第一流道段301a、第二流道段301b、第三流道段301c以及第四流道段301d，第一流道段301a、第二流道段301b、第三流道段301c以及第四流道段301d沿底板311的宽度方向依次设置。
在本申请中，第一流道段301a的入口端、第二流道段301b的出口端、第三流道段301c的入口端、第四流道段301d的出口端位于底板311长度方向的第一端，第一流道段301a的出口端、第二流道段301b的入口端、第三流道段301c的出口端以及第四流道段301d的入口端位于底板311长度方向的第二端。其中，第一流道段301a的出口端与第四流道段301d的入口端通过第一过渡段302连通，第二流道段301b的入口端与第三流道段301c的出口端通过第二过渡段303连通，第四流道段301d的出口端与第三流道段301c的入口端通过第三过渡段304连通。底板311上设置有进水口3111和出水口3112，进水口3111与第一流道段301a的入口端连通，出水口3112与第二流道段301b的出口端连通，如此设置，当水等冷媒从进水口3111进入之后，可以依次经过第一流道段301a、第四流道段301d、第三流道段301c以及第二流道段301b。这种结构中，水沿水冷通道流动，温度会逐步升高，而第二流道段301b靠近第一流道段301a，冷媒温度最高一段靠近冷媒温度最低的一段设置，整个主体31各处的温度更趋于均衡，能够很好地对安装在水冷板组件30上的功率模块20进行冷却。
进一步地，第一过渡段302、第二过渡段303、第三过渡段304至少之一内设置有导流筋，即第一导流筋308，本申请的附图5中示出了第一过渡段302、第二过渡段303、第三过渡段304内均设置有第一导流筋308的情况，通过第一导流筋308的作用，便于在相连接的两个过流段之间进行冷媒的导流。本实施例中的第一导流筋308的材质与散热部34一致，其不仅可以对冷媒进行导流，还能够与冷媒进行换热以起到散热作用。此外，本实施例中的第一导流筋308上设置有间断的部位，与前文所述的间断部343一样，该第一导流筋308上的间断部位的设置，便于对冷媒进行泄压，保证水冷板组件30的使用安全性。
进一步地，功率模块20还包括功率板22，导热件还包括导热胶(图中未示出)，功率板22通过导热胶固定在水冷板组件30上。可选地，该导热胶包括导热硅脂进行导热，导热效果好，能够提高本实施例中的光伏逆变器的散热效果。
参见图7至图9所示，在本申请的另一种实施方式中，散热部34包括多个散热柱342，该多个散热柱342均匀间隔设置于直线流道段内，进而可以有效地与直线通道段内的冷媒接触以进行热交换。
在本实施例中，如图7和图8所示，第一流道段301a的入口端、第二流道段301b的出口端、第三流道段301c的入口端、第四流道段301d的出口端位于底板311长度方向的第一端，第一流道段301a的出口端、第二流道段301b的入口端、第三流道段301c的出口端以及第四流道段301d的入口端位于底板311长度方向的第二端。第一流道段301a的出口端与第二流道段301b的入口端通过第四过渡段305连通，第二流道段301b的出口端与第三流道段301c的入口端通过第五过渡段306连通，第三流道段301c的出口端与第四流道段301d的入口端通过第六过渡段307连通。底板311上的进水口3111与第一流道段301a的入口端连通，出水口3112与第四流道段301d的出口端连通，如此设置，当水等冷媒从进水口3111进入之后，可以依次经过第一流道段301a、第二流道段301b、第三流道段301c以及第四流道段301d，这种结构中的主体31各处的温度没有图5和图6中各处的温度均匀。
进一步地，第四过渡段305、第五过渡段306以及第六过渡段307内至少之一内设置有导流筋，即第二导流筋309，本实施例的附图7中示出了第四过渡段305、第五过渡段306以及第六过渡段307内均设置有第二导流筋309的情况，通过该第二导流筋309的作用，便于在相连接的两个过流段之间进行冷媒的导流。本实施例中的第二导流筋309的材质与散热部34一致，其不仅可以对冷媒进行导流，还能够与冷媒进行换热以起到散热作用。此外，本实施例中的第二导流筋309可以是连续的导流筋，即没有设置间断的导流筋，也可以是间断的导流筋(例如和第一导流筋308一样的导流筋)，与前文的实施例所不同的是，本实施例中由于将散热部34设置为散热柱342，水冷板组件30内的流道各处相互连通，冷媒各处的压力更加均衡，第二导流筋309可不设置间断，更适于对冷媒进行导流和散热。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。
以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光伏逆变器，其特征在于，包括：
箱体(10)，所述箱体(10)包括容置腔(11)；
功率模块(20)，所述功率模块(20)设置于所述容置腔(11)内；
水冷板组件(30)，所述水冷板组件(30)包括主体(31)、进水管(32)以及出水管(33)，所述主体(31)设置于所述容置腔(11)内部，所述功率模块(20)通过导热件设置于所述主体(31)上，所述主体(31)上设置有水冷通道，所述进水管(32)与所述水冷通道的进水口(3111)连通，所述出水管(33)与所述水冷通道的出水口(3112)连通，且所述进水管(32)和所述出水管(33)均穿出于所述箱体(10)的外部。
2.根据权利要求1所述的光伏逆变器，其特征在于，所述主体(31)包括：
底板(311)，所述底板(311)上设置有所述水冷通道，沿所述底板(311)的长度方向，所述水冷通道包括多个相互连通的直线流道段(301)，且各所述直线流道段(301)内均设置有散热部(34)；
盖板(312)，所述盖板(312)盖设于所述底板(311)上。
3.根据权利要求2所述的光伏逆变器，其特征在于，所述散热部(34)包括散热凸筋(341)和/或散热柱(342)。
4.根据权利要求3所述的光伏逆变器，其特征在于，所述散热凸筋(341)包括多条，多条所述散热凸筋(341)沿所述直线流道段的宽度方向间隔设置，各所述散热凸筋(341)均沿所述直线流道段的长度方向延伸，且沿所述直线流道段的长度方向，所述散热部(34)具有至少一个间断部(343)，所述间断部(343)沿所述直线流道段的宽度方向延伸。
5.根据权利要求4所述的光伏逆变器，其特征在于，所述功率模块(20)包括灌封电感(21)，至少所述灌封电感(21)在所述主体(31)上的投影内具有的所述间断部(343)。
6.根据权利要求5所述的光伏逆变器，其特征在于，所述导热件包括导热壳(40)，所述导热壳(40)套设在所述灌封电感(21)的外周并固定在所述主体(31)上，且所述导热壳(40)在所述主体(31)上的投影处具有所述散热凸筋(341)。
7.根据权利要求3所述的光伏逆变器，其特征在于，所述散热柱(342)包括多个，多个所述散热柱(342)均匀间隔设置于所述直线流道段(301)内。
8.根据权利要求2所述的光伏逆变器，其特征在于，所述底板(311)上设置有四个所述直线流道段(301)，四个所述直线流道段(301)包括第一流道段(301a)、第二流道段(301b)、第三流道段(301c)以及第四流道段(301d)，所述第一流道段(301a)、所述第二流道段(301b)、所述第三流道段(301c)以及所述第四流道段(301d)沿所述主体(31)的宽度方向依次设置，其中，
所述第一流道段(301a)的入口端、所述第二流道段(301b)的出口端、所述第三流道段(301c)的入口端、所述第四流道段(301d)的出口端位于所述底板(311)长度方向的第一端，所述第一流道段(301a)的出口端、所述第二流道段(301b)的入口端、所述第三流道段(301c)的出口端以及所述第四流道段(301d)的入口端位于所述底板(311)长度方向的第二端；
所述第一流道段(301a)的出口端与所述第四流道段(301d)的入口端通过第一过渡段(302)连通，所述第二流道段(301b)的入口端与所述第三流道段(301c)的出口端通过第二过渡段(303)连通，所述第四流道段(301d)的出口端与所述第三流道段(301c)的入口端通过第三过渡段(304)连通；或者，所述第一流道段(301a)的出口端与所述第二流道段(301b)的入口端通过第四过渡段(305)连通，所述第二流道段(301b)的出口端与所述第三流道段(301c)的入口端通过第五过渡段(306)连通，所述第三流道段(301c)的出口端与所述第四流道段(301d)的入口端通过第六过渡段(307)连通。
9.根据权利要求8所述的光伏逆变器，其特征在于，所述第一过渡段(302)、所述第二过渡段(303)、所述第三过渡段(304)、所述第四过渡段(305)、所述第五过渡段(306)以及所述第六过渡段(307)至少之一内设置有导流筋。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的光伏逆变器，其特征在于，所述功率模块(20)还包括功率板(22)，所述导热件还包括导热胶，所述功率板(22)通过所述导热胶固定在所述水冷板组件(30)上。
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