CN212313310U - 散热组件和充电模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种散热组件和充电模块包括散热器、功率器件。所述散热器设置有凹槽，所述功率器件设置于散热器凹槽内和/或设置于散热器表面。所述散热器还设置有散热齿片，形成散热风道。在所述散热器和所述功率器件组合单元除散热风道进口面和出口面的另外四面可设置风路分隔板。所述散热风道进口面和/或出口面设置有散热风机对散热风道进行吹风和/或抽风，以此快速将散热器热量耗散空气中。该散热组件，元器件带电体与流动散热空气隔离，避免粉尘、湿气、导电尘埃和腐蚀性物质等进入带电位置，使得产品可靠性和安全性得以提高，有体积小、散热效果好、环境适应性强等优点，使得产品寿命提高，利于加快电动汽车产业发展。
Description
技术领域
本实用新型涉及直流充电桩技术领域，尤其是涉及一种散热组件和充电模块。
背景技术
电动车作为现在最有前景的新能源汽车之一，被得到广泛应用及推广，而充电桩技术是电动汽车发展的关键技术，其效率的高低、寿命的长短、充电的可靠性及稳定性，以及充电桩的使用寿命和环境适应性，影响电动汽车成本的综合指标，甚至影响电动汽车的应用与发展。
当前的充电模块由各电子元器件通过PCB板走线及各种电缆电气连接，集中设置在同一壳体内，采用风机对发热器件进行直接散热。众多高发热器件按照信号传递原则在PCB板面就近设置，高发热器件的温升直接影响低发热器件的温升，从而影响其使用寿命。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种散热组件和充电模块，将高发热器件产生的热量与低发热器件进行分隔，并加快高发热器件的散热速度，以降低对低发热器件的影响，进而保证充电模块以及充电桩的使用寿命，节省成本。
第一方面，实施例提供一种散热组件，包括：散热器、功率器件；
所述散热器设置有一个或多个凹槽，所述功率器件本体的部分或全部设置于散热器凹槽内和/或设置于散热器表面；
所述散热器还设置有一组或多组散热齿片，形成一个或多个散热风道；在所述散热器和所述功率器件组合单元除散热风道进口面和出口面的另外四面中的一面或两面或三面或全部设置有风路分隔板；
所述散热器安装所述功率器件的安装面设置有一组或多组凸出平台，所述风路分隔板设置于所述凸出平台的台阶上。
在可选的实施方式中，在设置有功率器件的散热器凹槽内灌封有绝缘导热材料。
在可选的实施方式中，所述绝缘导热材料包括导热灌封胶；在所述导热灌封胶中添加氧化铝粉末和/或石英砂粉末和/或金刚石粉末和/或氮化硼粉末和/或氮化铝粉末和/或氮化硅粉末和/或氧化镁粉末。
在可选的实施方式中，所述散热风道的进口和/或出口设置有一个或多个散热风机。
在可选的实施方式中，在所述散热器表面设置的功率器件露出的带电部位设置绝缘物质加以包裹。
在可选的实施方式中，所述功率器件包括磁性元件和/或半导体开关器件和/或电阻器件；所述磁性元件包括一个或多个变压器和/或一个或多个电感元件；所述半导体开关器件包括一个或多个可控半导体开关器件和/或一个或多个不可控半导体开关器件。
在可选的实施方式中，所述散热器分区设置所述磁性元件和/或所述半导体开关器件和/或所述电阻器件，各区域连接间设置有散热风道。
在可选的实施方式中，通过所述散热风道划分成各个区域。
在可选的实施方式中，所述散热器为一个或多个散热器模块1和/或一个或多个散热器模块N的机械组合，N为除去1的正整数。
第二方面，实施例提供一种充电模块，包括控制单元和一个或多个如前述实施方式任意一项所述的散热组件。
本实用新型实施例提供了一种散热组件和充电模块，通过将高发热器件的热量尽可能的与低发热器件分隔，并将高发热器件的热量尽可能的快速的耗散至周边环境中，以降低对低发热器件的影响，并进一步的提升充电模块的环境适应能力，达到延长直流充电桩的使用寿命和可靠性为目的，从而降低充电运营成本，使得电动汽车行驶耗费降低，才利于推进电动汽车快速发展。
本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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是现有充电模块结构示意图；
图2是本实用新型实施例的一种散热组件的结构示意图；
图3是本实用新型实施例的一种散热组件的后视结构示意图；
图4是本实用新型实施例的一种散热组件的顶视结构示意图；
图5是本实用新型实施例的具有散热风机的散热组件的结构示意图；
图6是本实用新型实施例的具有风路分隔板的散热组件的结构示意图；
图7是本实用新型实施例的具有风路分隔板的散热组件的另一视角结构示意图；
图8是本实用新型实施例的散热器的模块式组合方式的分体结构示意图；
图9是本实用新型实施例的散热器的模块组合为一体的结构示意图；
图10是本实用新型实施例的不带壳体的充电模块的结构示意图；
图11是本实用新型实施例的充电模块的结构示意图。
图标：101-磁性元件；102-半导体开关器件；103-凸出平台；104-凹槽； 105-散热器；106-散热齿片；107-散热风道；108-散热风机；109-风路分隔板；110-第一散热器模块；111-控制单元的元器件；112-控制单元；113-壳体；114-充电模块；115-第二散热器模块；116-第三散热器模块；117-第四散热器模块；118-第五散热器模块。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
目前，为达到降低直流充电桩的生产、维修、维护等综合成本为目的，不同功率的直流充电桩均采用标准规格的充电模块并联形成，使得直流充电桩标准化、规范化，适于流水生产作业，利于降低直流充电桩的生产成本和提升其可靠性。例如：采用性价比最优的电路拓扑及器件，将充电模块设计为15KW、18KW、20KW、30KW或是50KW等规格，然后将相对应的充电模块多个并联，形成不同功率的直流充电桩，这种情况下，元器件可以批量化采购及管理，充电模块可以批量化流水线生产、调试，更好的控制充电模块的综合成本，利于直流充电桩的发展需要。
如附图1所示，现有的充电模块由各电子元器件通过PCB板走线及各种电缆电气连接，集中设置在同一壳体内，采用风机吹风和/或抽风方式对发热器件进行直接散热，众多高发热器件(包含功率磁性元件和功率半导体开关器件)与低发热器件(包含电阻、电容和集成元件等)按照信号传递原则在PCB板面就近设置，高发热器件的温升直接影响低发热器件的温升，从而影响其使用寿命，特别对于电容器件来说，高温对其寿命的影响非常明显。该控制方案的充电模块使用寿命受到限制，特别是直流充电桩的露天应用场景，环境温度的升高，进一步加速内部器件的老化，使得直流充电桩寿命明显下降。而风冷散热也容易造成充电模块内部积尘，从而影响散热效果，使得充电模块可靠性和使用寿命有所降低；在空气潮湿情况下，积尘现象更容易造成充电模块内部拉弧，影响充电模块的使用寿命，更为严重直接损坏充电模块；特别是具有导电粉尘的应用场景，拉弧现象变得更加严重。而一些具有腐蚀性物质的使用环境，某些物质会腐蚀PCB 板及相关器件，使其寿命减短，从而影响直流充电桩使用寿命。传统方案的充电模块，几乎所有元器件设置于风道内，在前述各种恶劣应用环境中，容易造成充电模块本身使用寿命明显下降，从而造就直流充电桩使用寿命下降，使得充电运营成本增加，非常不利于电动汽车行业的发展。
基于此，本实用新型实施例提供的一种散热组件和充电模块，可以将高发热器件产生的热量与低发热器件进行分隔，并加快高发热器件的散热速度，以降低对低发热器件的影响，进而保证充电模块以及充电桩的使用寿命，节省成本。
下面通过实施例进行详细描述。
实施例1
本实用新型实施例提供了一种散热组件，通过将高发热器件的热量尽可能的与低发热器件分隔，并将高发热器件的热量尽可能的快速的耗散至周边环境中，以降低对低发热器件的影响，并进一步的提升充电模块的环境适应能力，达到延长直流充电桩的使用寿命和可靠性为目的，从而降低充电运营成本，使得电动汽车行驶耗费降低，才利于推进电动汽车快速发展，具体如图2所示。
其中，图2中的散热组件包括散热器105、功率器件。所述功率器件包括磁性元件101和半导体开关器件102；所述磁性元件101包括一个或多个变压器和/或一个或多个电感元件；所述半导体开关器件102包括一个或多个可控半导体开关器件102和/或一个或多个不可控半导体开关器件102。半导体开关器件102的安装面设置有凸出平台103。所述可控半导体开关器件102为绝缘栅双极型晶体管和/或金属-氧化物半导体场效应晶体管和/或晶闸管，所述不可控半导体开关器件102为二极管。
所述散热器105还设置有一个或多个凹槽104，所述磁性元件101的本体部分或全部设置于散热器105凹槽104内；所述半导体开关器件102设置于散热器105表面。
优选的，设置于散热器105凹槽104内的磁性元件101可以先设置绝缘物质包裹提升该磁性元件101的绝缘性能后再设置于散热器105凹槽104 内；或是，在设置有所述磁性元件101的所述散热器105凹槽104内灌封绝缘导热材料，使得所述磁性元件101绝缘性能提升的同时加快将所述磁性元件101热量带到所述散热器105上，同时，起到固定所述磁性元件101 的作用，并加强所述磁性元件101的抗震性；所述绝缘导热材料包括导热灌封胶、变压器油漆及同类材料；
进一步，在所述导热灌封胶中添加氧化铝粉末和/或石英砂粉末和/或氮化硼粉末和/或氮化铝粉末和/或氮化硅粉末和/或氧化镁粉末类高导热的绝缘材料，使得导热性能得到提升，绝缘性能变得更好，利于提升产品的可靠性、安全性和使用寿命。
图3为一种散热组件的后视结构示意图，能够进一步体现如上所述的半导体开关器件102、凸出平台103以及磁性元件101的设置位置，在此不再赘述。如图3所示，所述散热器105还设置有一组或多组散热齿片106 来增大散热表面积，并形成一个或多个散热风道107。
如图5、6、7所示，优选的，在所述散热器105和所述功率器件组合单元除散热风道107进口面和出口面的另外四面全部设置有风路分隔板 109，即除散热风机108的设置方向，平行半导体开关器件102与凸出平台 103的平面设置有风路分隔板109，使得所述散热风机108的散热齿片106 与所述风路分隔板109组合形成一个或多个分隔式的散热风道107，有效控制散热空气只流经散热风道107。
优选的，在所述散热风道107的进口和/或出口设置一个或多个散热风机108，通过所述散热风机108吹风和/或抽风将所述散热器105热量耗散到周边环境空气中；具有散热齿片106的散热器105+散热风道107+散热风机108的组合，可以快速将发热元器件的热量耗散到周边环境中，利于将发热元器件的使用寿命发挥至设计参数值。该设置，使得散热风道107与部分或全部功率器件分隔，又因与风道非隔离的功率器件自身绝缘设置非常高，加之设置的吹风和/或抽风的散热风机108的风量只流经散热风道 107，可有效避免空气中的粉尘、湿气、导电尘埃和腐蚀性气体等物质进入带电功率器件和/或功率器件带电位置，避免对带电功率器件和/或功率器件带电位置的绝缘性能产生不利影响。同时，使得发热大的功率器件和散热器105表面与控制单元分离设置，使得发热大的功率器件所发热量尽可能的被分割至散热风道107一侧，从而使得发热量较大的功率器件对低发热的控制单元的元器件的温升影响大为降低。该设置，有效提升产品环境适应性，使得产品防护等级、可靠性、安全性和使用寿命明显提升。
作为优选，在所述散热器105表面设置的功率器件露出的带电部位设置绝缘物质加以包裹，使得功率器件带电部分具有足够的绝缘性能和防潮、防水、防尘能力，可以有效防止各种粉尘造成功率器件带电体短路或发生拉弧现象；所述绝缘物质包括导热灌封胶、三防漆、热熔胶等类似材料；采用所述导热灌封胶，不仅满足三防需求，还使得功率器件的散热性能也能得到提升；
进一步，在所述导热灌封胶中添加氧化铝粉末和/或石英砂粉末和/或金刚石粉末和/或氮化硼粉末和/或氮化铝粉末和/或氮化硅粉末和/或氧化镁粉末类高导热的绝缘材料，使得导热性能得到提升，绝缘性能变得更好，利于提升产品的可靠性、安全性和使用寿命。
作为优选，在散热面带电的所述半导体开关器件102的散热面与所述散热器105之间设置绝缘导热片，利于将散热面带电的半导体开关器件102 与散热器105之间形成符合设计需求的绝缘层，提升散热组件的安全性；所述绝缘导热片包括氧化铝陶瓷片、导热硅胶片、云母片等类似物品中的一种或多种。
作为优选，所述散热器105分区设置磁性元件101和半导体开关器件 102，各区域连接之间设置有散热风道107，有利于将耐温较高的磁性元件 101与耐温偏低的半导体开关器件102分别控制在最佳温度工作范围内，避免相互影响，提升产品设计合理性同时降低散热器105原材料的使用量。
图4是本实用新型实施例的一种散热组件的顶视结构示意图，通过图4 可进一步看出，如上所述的散热器105中半导体开关器件102、散热器105、磁性元件101以及凸出平台103的设置位置情况，在此不再赘述。
作为优选，如图4、7所示，所述散热器105安装半导体开关器件102 的安装面设置有一组或多组凸出平台103，所述风路分隔板109设置于所述凸出平台103的台阶上，有利于风路分隔板109的装配便捷性及在半导体开关器件102就近位置形成散热风道107，使得散热器105风机尽可能多的设置在散热风道107内及磁性元件101尽可能的靠近散热风道107，利于将半导体开关器件102的热量尽可能多的通过风道耗散至周边环境空气中，使得散热效果得以提升。
作为优选，所述散热器105为一个或多个散热器模块/或一个或多个散热器模块N的机械组合，N为除去1的正整数，例如，如图8和图9所示，散热器105中包括第一散热器模块110、第二散热器模块115、第三散热器模块116、第四散热器模块117、第五散热器模块118；各散热器模块连接间设置有散热风道107，利于将耐温较高的磁性元件101与耐温偏低的半导体开关器件102分别控制在最佳温度工作范围内，避免相互影响；多散热器模块组成的散热器105，利于降低散热器105生产加工难度，可以开模流水线生产，也利于所述散热组件流水线装配作业，有效降低所述散热组件的生产难度，提升生产效率，从而降低生产成本。
由于采用了上述技术方案，本实用新型的一种散热组件的有益效果是：将磁性元件101实施绝缘设置和/或灌封，以及将半导体开关器件102与散热风道107分离，使得散热组件中的功率器件的三防性能提升，有效避免散热空气中的粉尘、湿气、导电尘埃及腐蚀性气体等对散热组件中的功率器件，以及风道以外的其它元器件产生不利影响。同时，将大发热的功率器件的热量和散热器105表面尽可能的控制在散热风道107内，利于将热量耗散至周边环境空气中；再而，使得大发热的功率器件的热量对组件之外的低发热元器件产生的温升影响得以降低，利于低发热元器件的使用寿命达到其自身设计指标；该散热组件，加工及装配工序容易，利于批量化流水线生产，做到了降低充电模块成本的同时提升了充电模块的功率密度、环境适应性和使用寿命。
实施例2
如图2-图6所示，一种散热组件，结构基本与实施例1相同，区别在于：在所述散热器105表面设置的半导体开关器件102露出的带电部位设置三防漆加以包裹，使得半导体开关器件102带电部分具有足够的绝缘性能和防潮、防水能力，可以有效防止各种粉尘、湿气造成半导体开关器件102带电体短路或发生拉弧现象。
由于采用了上述技术方案，本实用新型的一种散热组件的有益效果是：三防性能更加优越，可以对散热器105表面设置的半导体开关器件102直接通风散热，利于恶劣环境场所使用。
实施例3
如图11所示，充电模块，包括壳体和至少一组控制单元；还包括至少一个如实施例1-2所述的散热组件；所述散热组件和控制单元电气和/或机械连接，通过散热风机108对充电模块等器件进行散热处理。
作为优选，参考图10，所述散热组件和控制单元设置为层叠排布结构，控制单元的元器件、控制单元与散热器105上的磁性元件101和半导体开关器件102通过PCB板、风路分隔板109和/或隔热材料分区设置，使得发热量大的磁性元件101和半导体开关器件102对发热量较小的控制单元的元器件影响大为减小；层叠排布利于散热组件各器件与控制单元各电路就近连接，从而提高控制器的集成化程度，并使得各电路的寄生参数得以减小，有效降低相互串扰的干扰信号强度，有效提升充电模块的安全性、可靠性及电磁兼容性能，并使得充电模块损耗减小、效率提高。
本实用新型的充电模块，由于采用了前述的散热组件和前述的优选方案，使得充电模块中发热量较大的磁性元件和半导体开关器件与低发热的控制单元的元器件分区设置，因此，高发热的功率器件所发热量对低发热器件的影响大为减小，由于散热风道与控制单元分离设置，从而使得冷却空气不会进入控制单元，避免控制单元的电路和元器件受到粉尘、湿气、导电尘埃和腐蚀性气体的影响而寿命减短或直接损坏。本实用新型的充电模块集成化程度较高，使用环境适应性强，工作效果较好且寿命长，适宜在流水生产线的生产台上装配，方便该充电模块的在直流充电桩领域的推广应用。
在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种散热组件，其特征在于，包括：散热器、功率器件；
所述散热器设置有一个或多个凹槽，所述功率器件的部分或全部设置于散热器凹槽内和/或设置于散热器表面；
所述散热器还设置有一组或多组散热齿片，形成一个或多个散热风道；在所述散热器和所述功率器件组合单元除散热风道进口面和出口面的另外四面中的一面或两面或三面或全部设置有风路分隔板；
所述散热器安装所述功率器件的安装面设置有一组或多组凸出平台，
所述风路分隔板设置于所述凸出平台的台阶上。
2.根据权利要求1所述的散热组件，其特征在于，在设置有功率器件的散热器凹槽内灌封有绝缘导热材料。
3.根据权利要求2所述的散热组件，其特征在于，所述绝缘导热材料包括导热灌封胶；在所述导热灌封胶中添加氧化铝粉末和/或石英砂粉末和/或金刚石粉末和/或氮化硼粉末和/或氮化铝粉末和/或氮化硅粉末和/或氧化镁粉末。
4.根据权利要求1所述的散热组件，其特征在于，所述散热风道的进口和/或出口设置有一个或多个散热风机。
5.根据权利要求1所述的散热组件，其特征在于，在所述散热器表面设置的功率器件露出的带电部位设置绝缘物质加以包裹。
6.根据权利要求1所述的散热组件，其特征在于，所述功率器件包括磁性元件和/或半导体开关器件和/或电阻器件；所述磁性元件包括一个或多个变压器和/或一个或多个电感元件；所述半导体开关器件包括一个或多个可控半导体开关器件和/或一个或多个不可控半导体开关器件。
7.根据权利要求6所述的散热组件，其特征在于，所述散热器分区设置所述磁性元件和/或所述半导体开关器件和/或所述电阻器件，各区域连接间设置有散热风道。
8.根据权利要求6所述的散热组件，其特征在于，通过所述散热风道划分成各个区域。
9.根据权利要求1所述的散热组件，其特征在于，所述散热器为一个或多个散热器模块1和/或一个或多个散热器模块N的机械组合，N为除去1的正整数。
10.一种充电模块，其特征在于，包括控制单元和一个或多个如权利要求1-9任意一项所述的散热组件。
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