CN209561375U - 用于igbt模块的冷却器以及采用该冷却器的电驱动控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉一种用于IGBT模块的冷却器，包括冷却器本体，冷却器本体上开设有冷却腔体以及设置在所述冷却腔体两侧的冷却液进口和冷却液出口；冷却器本体上设置有等压均匀流配水腔槽，冷却腔体与所述等压均匀流配水腔槽之间设置有小孔径的布水针孔。冷却液通过冷却液进口进入所述等压均匀流配水腔槽之后，通过布水针孔实现对冷却腔均匀流配水，冷却液能够等阻力均匀的流过腔体的所有冷却区域。进入所述冷却腔体中的冷却液与IGBT模块中针形冷却传导金属板在均匀流下充分接触，交换热量后的冷却液通过等压均匀流汇水腔槽从冷却液出口排出。本实用新型实现冷却液流量分配均匀，冷却液均匀流动，对冷却面板及冷却针充分均匀的接触，达到均匀降温的作用。

Description

用于IGBT模块的冷却器以及采用该冷却器的电驱动控制器

技术领域

本实用新型属于IGBT模块散热领域，具体涉及一种用于IGBT模块的冷却器以及采用该冷却器的电驱动控制器。

背景技术

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。

对新能源车来说电机驱动和发电机需要IGBT模块，不仅是新能源车，直流充电桩、机车(高铁)、太阳能、风能也需要使用逆变器来实现电流管理、流充电桩30％的原材料成本就是IGBT。电力机车一般需要500个IGBT模块，动车组需要超过100个IGBT模块，一节地铁需要50-80个IGBT模块。

IGBT模块最常见的形式其实是由多个单管组成芯片而整合成的模块，模块的3个基本特征：

多个芯片以绝缘方式组装到金属基板上；空心塑壳封装，与空气的隔绝材料是高压硅脂或者硅脂，以及其他可能的软性绝缘材料；同一个制造商、同一技术系列的产品，IGBT模块的技术特性与同等规格的IGBT单管基本相同。

模块的主要优势有以下几个：

多个IGBT芯片并联，IGBT模块的电流规格更大。多个IGBT芯片按照特定的电路形式组合，如半桥、全桥等，可以减少外部电路连接的复杂性。多个 IGBT芯片处于同一个金属基板上，等于是在独立的散热器与IGBT芯片之间增加了一块均匀导热板，以保证可靠工作。

IGBT工作状态保证的一个重要关键点就是工作热量能够充分降温扩散。对新能源车来说，最有提升空间的当属电机驱动部分，而电机驱动部分最核心的驱动元件IGBT则是最需要重视的重要元件。因此，车用IGBT的散热效率要求比工业级要高得多，IGBT模块工作时，升温快，需要及时有效的进行散热，当温度超过特定的温度，IGBT模块中的电子元件就会烧坏，传统的IGBT 模块散热普通采用风冷散热模式或者简单的增大导热面积提高散热，但由于冷媒和导热板的冷却接触不够充分、不均匀，散热效果不佳，已经无法达到车用IGBT的散热要求；必然导致IGBT模块中局部冷却降温不不均匀，烧毁电子元件，致使IGBT模块损坏无法正常工作，缩短寿命。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于 IGBT模块冷却的新的冷却器，以解决冷却媒流量分配不均导致散热效果不佳的技术痛点。

为实现上述目的，本实用新型一方面提供一种用于IGBT模块的冷却器，所述冷却器用于对IGBT模块进行冷却，包括冷却器本体，所述冷却器本体上开设有冷却腔体以及设置在所述冷却腔体两侧的冷却液进口和冷却液出口；

所述冷却器本体上设置有等压均匀流配水腔槽，所述冷却腔体与所述等压均匀流配水腔槽之间设置有小孔径的布水针孔。

本实用新型中为了使过水在均压状态，将所述布水针孔成排设置形成布水排孔，冷却液通过冷却液进口进入所述等压均匀流配水腔槽之后，通过布水排孔实现对冷却腔均匀流配水，冷却液能够等阻力均匀的流过冷却腔体的所有冷却区域。

为了能够实现均匀的向冷却腔体中布水，本实用新型进一步在布水排孔后增设了布水堰，靠近所述等压均匀流配水腔槽的冷却腔体底部边缘处开设有一下沉的长条状凹槽形成布水堰台，冷却液从布水排孔流出后经布水堰对冷却腔均匀流配水。

同理，作为一种优选的实施方式，本实用新型中还在所述冷却器本体上设置有等压均匀流汇水腔槽；

进入所述冷却腔体中的冷却液与IGBT模块中针形冷却传导金属板在均匀流下充分接触，实现交换热量后的冷却液通过等压均匀流汇水腔槽从冷却液出口排出。

进一步的，还包括集水堰，靠近所述等压均匀流汇水腔槽的冷却腔体底部边缘处开设有一下沉的长条状凹槽形成集水堰。

进一步的，还包括汇流集水排孔，所述汇流集水排孔设置在所述冷却腔体与所述等压均匀流汇水腔槽之间，交换热量后的冷却液先流入集水堰，并通过汇流集水排孔将冷却液均匀收水汇入等压均匀流汇水腔槽中。

进一步的，所述等压均匀流配水腔槽和等压均匀流汇水腔槽呈长条状相对设置在所述冷却腔体的两侧；所述冷却液进口和所述冷却液出口呈对角设置在所述冷却腔体的两侧。

进一步的，所述冷却腔体上安装有一个以上的对应IGBT模块，所述冷却器能够同时对IGBT模块的冷却传导金属板提供充分的均匀流冷却液接触，实现热量交换。

进一步的，在所述风冷散热结构为在冷却器本体的背面开设有两个以上的凹腔，两两凹腔之间形成有凸起的结构加强肋，所述加强肋上开设有用于连通凹腔的孔槽以形成空气对流通道。

本实用新型另一方面还提供一种使用IGBT模块的电驱动控制器，包括 IGBT模块以及用于对所述IGBT模块进行冷却散热的冷却器，所述冷却器采用上述的冷却器。

本实用新型采用以上技术方案，具有如下有益效果：

1、本实用新型冷却器能够同时对多个IGBT模块进行冷却进行组合冷却，简化了冷却器的结构布局，采用一套冷却液进口和冷却液出口即可。

2、本实用新型中对从冷却液进口进入的冷却液先在等压均匀流配水腔槽中，之后通过布水排孔使过水在均匀的压力状态下流入布水堰，通过布水堰水平堰口将冷却液均匀的分布到冷却腔体中，实现冷却液流量分配均匀，对冷却面板及冷却针充分均匀紊流接触，达到均匀降温的作用。

3、同样，本实用新型中通过设置的等压均匀流汇水腔槽、汇流集水排孔和集水堰，使冷却液沿冷却腔体等距离等阻力均匀集水，汇入等压均匀流汇水腔槽中，进一步保障了进入所述冷却腔体中的冷却液与IGBT模块中针形冷却传导金属板在均匀流下充分接触，实现热量交换。

4、相对于现有技术，本实用新型提供的冷却器简化了加工难度，使用一般的开孔槽、钻孔、铣槽就能实现制作，有效的控制制作成本。

5、在双电机控制器中采用本实用新型提供的冷却器，大大简化了控制器的冷却结构、减少了冷却器的占用空间，减轻了冷却器的重量，实现了电控器体积功率密度的提高，容易使控制器和电机二合为一，保证了新能源汽车的性能提升。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有冷却器简要示意图；

图2是本实用新型实施例一冷却器剖视图；

图3是本实用新型实施例二正视图；

图4是图3中A-A剖视图；

图5是本实用新型实施例二冷却器结构示意图；

图6是本实用新型实施例三冷却器背面结构示意图。

图中：a、进口；b、腔体；c、出口；1、冷却器本体；2、等压均匀流配水腔槽；3、冷却腔体；4、布水排孔；5、布水堰；6、冷却液进口；7、冷却液出口；8、集水堰；9、等压均匀流汇水腔槽；10、汇流集水排孔；11、IGBT模块；12、冷却针；13、密封圈；14、螺栓；15、空气对流通道；16、凹腔；17、加强肋；18、圆形孔。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本实用新型相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实用新型的一些方面相一致的装置和方法的例子。

图1是现有冷却器简要示意图，从图中可知，现有的冷却器具有腔体b，以及相对设置在腔体两侧的进口a和出口c，冷却液直接冲进口进入腔体，这种结构最大的不足点在于：冷却液流量的分配不均匀，腔体中容易产生滞留死角，导致散热不均匀，特别是当多个IGBT模块组合使用的时候，更容易出现由于冷却液流量分配不均导致局部的IGBT芯片及电子元件烧坏的风险。

实施例一、根据现有技术的不足，需要提供一个能够使冷却液均匀流入冷却腔体3中，克服现有技术只有进口时，冷却液直冲进入腔体的不均匀情况。

请参阅图2，本实用新型提供的一种用于IGBT模块的冷却器，所述冷却器用于对IGBT模块进行冷却，包括冷却器本体1，只需要在现有的冷却器本体1上设置一个等压均匀流配水腔槽2；所述冷却腔体3与所述等压均匀流配水腔槽2之间设置有小孔径的布水针孔。

为了进一步详述，现给出一个拓展说明，冷却器本体1通常采用扁方形的铝板，冷却腔体3为在铝板上开设的一个浸没式的冷却盆槽。冷却腔体3一侧开设一条长条状的等压均匀流配水腔槽2。

图2所示，作为一种优选的方式，本实施例中，还需要解决一个水压均匀分配的问题，为此，为了使过水在均压状态，还设置了布水排孔4，所述等压均匀流配水腔槽2中的冷却液通过设置的布水排孔4进入所述冷却腔体3中。

需要补充说明的是，所述布水针孔成排设置形成布水排孔，冷却液通过冷却液进口进入所述等压均匀流配水腔槽2之后，通过布水排孔实现对冷却腔体 3均匀流配水，冷却液能够等阻力均匀的流过冷却腔体3的所有冷却区域。实现被冷却对象的等面积、等流量的冷却交换界面，各区域等同效果的降温，解决腔体中容易产生滞留死角的问题，使得获得最佳的降温状态。

作为一种优选的实施方式，为了使从布水排孔4流出的冷却液能够均匀的分布到冷却腔体3中，实现均匀的向冷却腔体3中布水，本实施例中进一步设置了布水堰5，靠近所述等压均匀流配水腔槽2的冷却腔体3底部边缘处开设有一下沉的长条状凹槽形成布水堰5，所述布水排孔4一端与所述等压均匀流配水腔槽2连通，所述布水排孔4的另一端与布水堰5连通。使得从布水排孔 4流出的冷却液有一个上台的状态，溢流出布水堰5的上端，冷却液从布水排孔流出后经布水堰对冷却腔均匀流配水，从而均匀的进入冷却腔体3中。实现冷却液流量分配均匀，冷却液均匀流动，对冷却面板及冷却针12充分均匀的接触，达到均匀降温的作用。

实施例二、上述实施例一对通过等压均匀流配水腔槽、布水排孔和布水堰将冷却液均匀的分布进入冷却腔体3中，对应冷却液的出口，可以采用传统的方式直接设置出口即可(在此不再赘述)。但申请人考量的是一种更优良的方式。

众所周知，冷却腔体3是一个相对密闭的冷却水循环腔体，若冷却液的出口流量压力分布不均匀，也会间接的影响到整个冷却腔体3紊流效果不佳并产生死角。如何实现均匀集水及解决死角问题也是本申请要考虑的重点。

为此，实施例二是在实施例一的基础上进一步优化设计，采用跟进口相似的设计，即也同时设置有等压均匀流汇水腔槽9、集水堰8和汇流集水排孔10 等结构。其功能作用与实施例一的功能作用是同理的。

具体的实施方式如下：请参阅图3、图4和图5。

相对于布水堰5，在靠近所述等压均匀流汇水腔槽9的冷却腔体3底部边缘处开设有一下沉的长条状凹槽形成集水堰8。

在所述冷却器本体1上设置有等压均匀流汇水腔槽9；

在所述冷却器本体1上设置汇流集水排孔10，所述汇流集水排孔10一端与所述等压均匀流汇水腔槽9连通，所述汇流集水排孔10的另一端与集水堰8 连通。

需要补充说明的是，所述汇流集水排孔设置在所述冷却腔体与所述等压均匀流汇水腔槽之间，交换热量后的冷却液流入集水堰，并通过汇流集水排孔将冷却液均匀集水汇入等压均匀流汇水腔槽中。

进入所述冷却腔体3中的冷却液与IGBT模块11中针形冷却传导金属板在均匀流下充分接触，进行热量交换实现散热降温，交换热量后的冷却液通过等压均匀流汇水腔槽9从冷却液出口7排出。

这里的针形冷却传导金属板可以包括冷却面板及设置在冷却面板上延伸进入所述冷却腔体3的冷却针12。

当然，冷却液进入等压均匀流汇水腔槽9之间，先流入集水堰8，通过汇流集水排孔10进入等压均匀流汇水腔槽9，最后从连通在等压均匀流汇水腔槽 9上的冷却液出口7流出。

通过上述实施例一、二的方式，是的冷却液进出水为同程过流，是IGBT 模块11中冷却面板整板及冷却针12周围均匀的紊动过流，实现最佳的均匀冷却效果。

需要补充说明的是，所述冷却面板上设置有一个以上的IGBT模块11，本实用新型中的冷却腔体上安装有一个以上的对应IGBT模块，所述冷却器能够同时对IGBT模块的冷却传导金属板提供充分的均匀流冷却液接触，实现热量交换。

如图4所示，IGBT模块带有冷却针12的冷却面板通过密封圈13及螺栓 14固定的方式安装在冷却腔体3上，根据冷却面板的实际尺寸，冷却面板在长度或者宽度方向上延伸加长都是可以，这样多个IGBT模块并联，使多个IGBT 模块合用一个组合冷却器即可。同时简化了冷却器的结构布局，采用一套冷却液进口和冷却液出口即可。

冷却器本体1中的所述等压均匀流配水腔槽2和等压均匀流汇水腔槽9呈长条状设置在所述冷却腔体3的两侧；设置为长条状。比如，等压均匀流配水腔槽2的长度基本与冷却面板的长度相适配为适宜。

相对应的，等压均匀流汇水腔槽9、布水堰5、集水堰8的开设长度基本一致即可，可根据实际情况进行调整，该说明仅为表述本实用新型技术方案，并未是对保护范围的限制。

另外，需要补充说明两点：第一、布水排孔4为一排小圆形孔18组成的，圆形孔18的大小及之间的间距在此不做限制，根据实际加工时等压均匀流汇水腔槽9的长度或者冷却面板的实际尺寸和水利条件来定。第二、所述冷却液进口6和所述冷却液出口7呈对角设置再所述冷却腔体3的两侧(进出水方向可以水平出水也可垂直出水)。这主要是从冷却液在腔体中充分流动的角度考量以及冷却器在电控器中的布局适宜考虑，比如，冷却器本体1为一长方体，冷却液进口6可以设置在左上侧边处，相对应的，冷却液出口7设置在右下侧边处。同理，也可以右上，左下。

实施例三、如图6所示，在上述实施例一和二的基础上，为了进一步增大冷却器的散热降温功效，在所述风冷散热结构为在冷却器本体的背面开设有两个以上的凹腔16，两两凹腔16之间形成的结构加强肋17，保证增加其结构强度和便于控制器的固定，同时在所述加强肋上开设有用于连通凹腔的孔槽16 以形成空气对流通道。

在冷却器本体的背面开设空腔形式的凹腔16，在保证冷却器本体1承载力度的情况下，利用开设凹腔16的方式，减小冷却器本体1底部的厚度，一方面达到减轻散热板重量，减重减材的目的，另一方面开设的空气对流通道15，进一步增大散热功效能。还能形成温差性对流，进一步改善控制器箱内的冷却环境。内部冷却液循环加外部风冷对流散热，有效的对的IGBT模块11进行散热，同时，降低控制器内部的温度，保证其安全运行。

本实用新型另一方面还提供一种使用IGBT的电驱动控制器，包括IGBT 模块11以及用于对所述IGBT模块11进行冷却散热的冷却器，所述冷却器采用上述的冷却器。

另一方面，本实施例还提供一种电机，该电机中的控制器采用上述的电驱动控制器，在双电机控制器中采用本实用新型提供的冷却器，大大简化了控制器的冷却结构、减少了冷却器的占用空间，减轻了冷却器的重量，实现了电控器体积功率密度的提高，容易使控制器和电机二合为一，保证了新能源汽车的性能提升。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内包括可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种用于IGBT模块的冷却器，所述冷却器用于对IGBT模块进行冷却，其特征在于：包括冷却器本体，所述冷却器本体上开设有冷却腔体以及设置在所述冷却腔体两侧的冷却液进口和冷却液出口；

所述冷却器本体上设置有等压均匀流配水腔槽，所述冷却腔体与所述等压均匀流配水腔槽之间设置有小孔径的布水针孔。

2.根据权利要求1所述的冷却器，其特征在于：所述布水针孔成排设置形成布水排孔，冷却液通过冷却液进口进入所述等压均匀流配水腔槽之后，通过布水排孔实现对冷却腔均匀流配水，冷却液能够等阻力均匀的流过冷却腔体的所有冷却区域。

3.根据权利要求2所述的冷却器，其特征在于：还包括布水堰，靠近所述等压均匀流配水腔槽的冷却腔体底部边缘处开设有一下沉的长条状凹槽形成布水堰，冷却液从布水排孔流出后经布水堰对冷却腔均匀流配水。

4.根据权利要求1至3任一项所述的冷却器，其特征在于：所述冷却器本体上还设置有等压均匀流汇水腔槽；

进入所述冷却腔体中的冷却液与IGBT模块中针形冷却传导金属板在均匀流下充分接触，实现热量交换，交换热量后的冷却液通过等压均匀流汇水腔槽从冷却液出口排出。

5.根据权利要求4所述的冷却器，其特征在于：还包括集水堰，靠近所述等压均匀流汇水腔槽的冷却腔体底部边缘处开设有一下沉的长条状凹槽形成集水堰。

6.根据权利要求5所述的冷却器，其特征在于：还包括汇流集水排孔，所述汇流集水排孔设置在所述冷却腔体与所述等压均匀流汇水腔槽之间，交换热量后的冷却液流入集水堰，并通过汇流集水排孔将冷却液均匀收水汇入等压均匀流汇水腔槽中。

7.根据权利要求4所述的冷却器，其特征在于：所述等压均匀流配水腔槽和等压均匀流汇水腔槽呈长条状相对设置在所述冷却腔体的两侧；所述冷却液进口和所述冷却液出口呈对角设置在所述冷却腔体的两侧。

8.根据权利要求4所述的冷却器，其特征在于：所述冷却腔体上安装有一个以上的对应IGBT模块，所述冷却器能够同时对IGBT模块的冷却传导金属板提供充分的均匀流冷却液接触，实现热量交换。

9.根据权利要求1或2或3或5或6或7或8所述的冷却器，其特征在于：冷却器本体的背面开设有两个以上的腔，两两凹腔之间形成有凸起的结构加强肋，所述加强肋上开设有用于连通凹腔的孔槽以形成空气对流通道。

10.一种使用IGBT的电驱动控制器，其特征在于：包括IGBT模块以及用于对所述IGBT模块进行冷却散热的冷却器，所述冷却器采用上述权利要求1至9任一项所述的冷却器。