CN214378410U - 功率模块底板、功率模块、控制器、汽车及电力电子装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种功率模块底板、功率模块、控制器、汽车及电力电子装置，功率模块底板包括板体；与板体形成为一体的散热介质空腔，散热介质空腔具有相对设置的介质入口及介质出口，散热介质空腔内在介质入口与介质出口之间设置有多个均流结构，每个均流结构自介质入口向介质出口的方向上，宽度逐渐增大。散热介质是均匀的流向整个散热介质空腔内，因此可以避免介质出口处出现过高的温度，解除了高温对整个功率模块过流能力的限制。此外，由于该功率模块底部集成了散热介质空腔，因此无需连接外在的散热器对功率模块进行散热，避免了因连接外在散热器时需要在散热器与底部间设置硅脂等散热中间物质，造成热阻较大，散热稳定性差的问题。

Description

功率模块底板、功率模块、控制器、汽车及电力电子装置

技术领域

本实用新型一般涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种功率模块底板、功率模块、控制器、汽车及电力电子装置。

背景技术

随着电动汽车的发展，现今功率模块发展趋于高功率密度，模块体积上趋向于小型化、轻量化，除模块电性能提升外，在模块高功率密度下还需保持小型轻量化，功率密度越高，功率模块单位面积下发热量越大，这便对功率模块的散热设计提出了更高的要求。传统的功率模块的散热大多通过间接接触。由于间接接触式需要在功率模块的底板与散热器之间增加硅脂等散热中间物质，而散热中间物质的影响，导致热阻较大，稳定性差。

现有的直接接触式散热方式中，由于散热介质的流动方向一般是直线横跨模块，因散热介质温带走模块热量累积，导致模块介质出口对应部分温度较高，同比介质入口对应部分温度高约10℃，从而限制了模块的整体过流能力。

实用新型内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种功率模块底板、功率模块、控制器、汽车及电力电子装置，用以至少提高功率模块的散热性能及过流能力。

第一方面，本实用新型提供一种功率模块底板，包括：

板体；

与所述板体形成为一体的散热介质空腔，所述散热介质空腔具有相对设置的介质入口及介质出口，所述散热介质空腔内在所述介质入口与所述介质出口之间设置有多个均流结构，每个所述均流结构自所述介质入口向所述介质出口的方向上，宽度逐渐增大。

作为可实现方式，所述散热介质空腔内设置有多个阻流件，所述阻流件位于所述均流结构的两侧，且所述阻流件与所述均流结构及散热介质空腔之间均具有散热介质通道。

作为可实现方式，所述阻流件为条状部件，所述条状部件的长度延伸方向垂直于所述介质入口至所述介质出口的连线。

作为可实现方式，所述散热介质空腔内设置有多个平行设置的散热翅片，相邻所述散热翅片形成散热流道，所述散热流道的延伸方向与所述介质入口至所述介质出口的连线相交。

作为可实现方式，所述均流结构的两侧均设置有所述散热翅片。

作为可实现方式，所述延伸方向与所述连线垂直。

作为可实现方式，所述介质入口、所述介质出口及各所述均流结构位于同一直线上。

作为可实现方式，所述直线为所述散热介质空腔的中心线。

作为可实现方式，所述均流结构为锥形体，且所述锥形体的小端朝向所述介质入口，大端朝向所述介质出口。

作为可实现方式，自所述介质入口向所述介质出口方向，各所述均流结构的最大宽度依次增大。

第二方面，本实用新型提供一种功率模块，包括上述的功率模块底板，所述功率模块底板上形成有功率器件。

第三方面，本实用新型提供一种电机驱动控制器，包括上述的功率模块。

第四方面，本实用新型提供一种新能源汽车，包括上述的功率模块或上述的电机驱动控制器。

第五方面，本实用新型提供一种电力电子装置，包括上述的功率模块。

综上所述，本申请实施例提供的一种功率模块底板及功率模块，功率模块底部集成了散热介质空腔，通过在散热介质空腔内，沿着介质入口至介质出口的散热介质的整个通路上，设置均流结构，从而使得从介质入口流入的大量散热介质在向介质出口流动时，能够快速的被均流结构分向两侧，以均匀的流向整个散热介质空腔，带走整个功率模块的热量，最后在介质出口处汇合并流出，实现了功率模块的有效冷却，由于散热介质是均匀的流向整个散热介质空腔内，因此可以避免介质出口处出现过高的温度，解除了高温对整个功率模块过流能力的限制。此外，由于该功率模块底部集成了散热介质空腔，因此无需连接外在的散热器对功率模块进行散热，因此，避免了因连接外在散热器时需要在散热器与底部间设置硅脂等散热中间物质，造成热阻较大，散热稳定性差的问题，对比直接接触散热方式也省去了模块底板和散热器密封环节，不仅省时省力，还可减少密封设计成本，并避免因密封问题造成的整机失效。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本申请实施例的功率模块底板的结构示意图；

图2为图1的立体图；

图3为本申请又一实施例的功率模块底板的结构示意图；

图4为本申请另一实施例的功率模块底板的结构示意图；

图5为本申请实施例的散热翅片的结构示意图；

图6为本申请再一实施例的功率模块底板的结构示意图。

附图标记：

1-板体；2-介质入口；3-介质出口；4-均流结构；5-散热翅片；6-散热介质；7-阻流件；8-散热介质通道；9-散热介质空腔；10-主体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关申请，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

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。

为了更好的理解本申请实施例提供的功率模块底板，下面通过图1至图6详细解释说明。

如图1、图2所示，本申请实施例提供的功率模块底板，包括：

板体1；该板体1例如但不限于为长方体等结构。其可以采用导热性能较好的金属材料如铜、铝等材料加工而成。该板体1可以是一体结构也可以是由几个部件组装而成。例如，该板体1可以通过设置长方体盒体以及盖体的方式构成板体1，或者还可以直接一体成型构成板体1，本申请对此不做限制。

与所述板体1形成为一体的散热介质空腔9，该示例中散热介质空腔9的长方体空腔，当然在其他示例中，散热介质空腔9可以根据实际情况设计为其他结构形式。所述散热介质空腔9具有相对设置的介质入口2及介质出口3，所述散热介质空腔9内在所述介质入口2与所述介质出口3之间设置有多个均流结构4，每个所述均流结构4自所述介质入口2向所述介质出口3的方向上，宽度逐渐增大。例如但不限于，板体1可由两个部件构成，即板体1包括主体10和盖体(图中未示出)，散热介质空腔9开设在主体上，盖体密封盖于散热介质空腔9的开口上，使散热介质空腔9只能通过介质入口2及介质出口3与外界部件进行散热介质6的交换。主体与盖体的密封配合例如但不限于可以通过焊接、粘接等方式实现。

均流结构4可以固定设置在主体和盖体的至少任一者上，在该示例中，均流结构4是一体铸造在主体上，并且位于散热介质空腔9的底部。

散热介质6可以从介质入口2流入散热介质空腔，由于均流结构4自所述介质入口2向所述介质出口3的方向上宽度逐渐增大，在散热介质6流经均流结构4时，在均流结构4的作用下向散热介质空腔的两侧分流，最终再经介质出口3流出。

可以理解，该散热介质6可以为水，或者其他流体。

上述方案，由于功率模块底部集成了散热介质空腔，通过在散热介质空腔内，沿着介质入口2至介质出口3的散热介质6的整个通路上，设置均流结构4，从而使得从介质入口2流入的大量散热介质在向介质出口3流动时，能够快速的被均流结构4分向两侧，以均匀的流向整个散热介质空腔，带走整个功率模块的热量，最后在介质出口3处汇合并流出，实现了功率模块的有效冷却，由于散热介质6是均匀的流向整个散热介质空腔内，因此可以避免介质出口3处出现过高的温度，解除了高温对整个功率模块过流能力的限制。此外，由于该功率模块底部集成了散热介质空腔，因此无需连接外在的散热器对功率模块进行散热，因此，避免了因连接外在散热器时需要在散热器与底部间设置硅脂等散热中间物质，造成热阻较大，散热稳定性差的问题，对比直接接触散热方式也省去了模块底板和散热器密封环节，不仅省时省力，还可减少密封设计成本，并避免因密封问题造成的整机失效。

作为可实现方式，如图4所示，为了可以使散热介质6可以更充分的分流至散热介质空腔，并使散热介质空腔分为与功率模块(功率器件)各相位置对应的散热部，以提高散热能力及功率模块底板各处温度的均匀性，进而保障功率模块各相温度均匀，在所述散热介质空腔内设置有多个阻流件7，所述阻流件7位于所述均流结构4的两侧，且所述阻流件7与所述均流结构4及散热介质空腔之间均具有散热介质通道8。通过设置阻流件7，散热介质不能直接从介质入口2方向向介质出口3方向流动，而是在阻流件7位置处受到阻流件7的阻挡，只能向阻流件7两端的散热介质通道8流动，在设置下述散热翅片5的情况下，散热介质6被阻流件7阻挡后，散热介质6被同时挤入均流结构4两侧设置散热翅片5的区域进行散热，提升热交换效率。

一般地，阻流件7可以设置在对应于功率模块各相相间隔的位置处，因为各相相间隔的位置处一般没有发热部件，将阻流件7设置在此位置，不会降低热交换效率，并可很好的将散热介质6挤入对应的设置散热翅片5的区域，而设置散热翅片5的区域是对应于功率器件各相发热的位置，这样可以保障对功率器件各相进行较好的散热。

作为可实现方式，所述阻流件7为条状部件，所述条状部件的长度延伸方向(图4中上下的方向)垂直于所述介质入口2至所述介质出口3的连线。该条状部件可以但不限于为与功率模块底板是一体成型的。

作为可实现方式，另参见图5、图6所示，为了提高热交换效率，在所述散热介质空腔内设置有多个平行设置的散热翅片5，相邻所述散热翅片5形成散热流道，散热介质6可以沿着该散热流道流动，以吸收功率器件散发的热量，通过设置散热翅片5提高了散热介质空腔与散热介质6的接触面积，可以提高热交换效率，其中，散热流道的延伸方向与所述介质入口2至所述介质出口3的连线相交，使得增加了散热介质6的流动路径，增加了散热介质6在散热介质空腔内的流动时间，亦有利于提高散热能力。

可以理解，散热翅片5的具体形状及尺寸可以根据实际情况确定，本申请对此不做限制。

作为可实现方式，所述均流结构4的两侧均设置有所述散热翅片5，使得经过均流结构4分流后的散热介质，流向两侧时，需要经过散热翅片5，以使得散热介质对散热翅片5吸收的功率模块产生的热量进行有效吸收，并提升该功率模块底板温度的均匀性。

作为可实现方式，散热流道的延伸方向(也即图6中上下的方向)与所述介质入口2至所述介质出口3的连线(也即图6中左右的方向)垂直。

作为可实现方式，所述介质入口2、所述介质出口3及各所述均流结构4位于同一直线上。也即图6中各均流结构4与介质入口2、介质出口3位于同一水平线上。

例如，当板体为长方体结构时，可以在长方体内壁上一字排列设置多个均流结构4，使得多个均流结构4位于介质入口2与介质出口3形成的直线上，并使得每个均流结构4成契形结构，即每个均流结构4沿着散热介质的流动方向，其宽度逐渐变大。

作为可实现方式，所述直线为所述散热介质空腔的中心线。

作为可实现方式，所述均流结构4为锥形体，且所述锥形体的小端朝向所述介质入口2，大端朝向所述介质出口3。

例如但不限于，本申请实施例提供的均流结构4，可以如图1所示的梯形锥，还可以如图3所示的三角锥。当然还可以采用其他结构的锥形体，本申请实施例对此不做限制。

作为可实现方式，为了提升均流效果，使得靠近介质出口3处的散热介质被有效的分流，以提高散热效果，可以自所述介质入口2向所述介质出口3方向，各所述均流结构4的最大宽度依次增大。例如图3所示，在散热介质空腔内自所述介质入口2向所述介质出口3方向设置了三个均流结构4，其中左侧的均流结构4的最大宽度W1小于中间的均流结构4的最大宽度W2，中间的均流结构4的最大宽度W2小于右侧的均流结构4的最大宽度W3。

第二方面，本实用新型提供一种功率模块，包括上述的功率模块底板，所述功率模块底板上形成有功率器件。

可以理解，功率器件形成在功率模块底板外侧壁上，由于功率模块底板具有散热介质空腔，且散热介质空腔内设置了均流结构4，则通过上述均流结构4的设置，当散热介质6从介质入口2进入时，首先被位于入口处的第一个均流结构4分向两侧，则流向均流结构4两侧的散热介质用于吸收均流结构4两侧的功能模块的热量，例如散热翅片5所辐射的热量。同时，由于散热介质快速流动，则剩余以及后续进入的散热介质流动到第二个均流结构4时，同样被分为两个部分，以流向均流结构4两侧区域的散热翅片5之间。随着散热介质不断的进入，则剩余以及后续进入的散热介质流动到第三个均流结构4时，同样被分为两个部分，以流向均流结构4两侧区域的散热翅片5之间。最后，吸收热量后的散热介质从板体内两侧边上逐渐汇聚到出口处流出。

由于被均流结构4分开的散热介质6从被分开向两侧到流动到板体1内侧壁处，其经过的路径是一样的，即所有的散热介质吸收热量的有效路长是一样的，使功率器件三相下对应水流分布均匀，即使得功率器件三相间均温性更好，从而避免了现有的散热介质在横穿散热板时，由于热量的不断积累导致的入口与出口处的温度差，解除了出口处由于温度过高对功率器件过流的限制，提高散热效率。

作为可实现方式，所述功率器件为例如但不限于为IGBT(Insulated GateBipolar Transistor；绝缘栅双极型晶体管)、MOS(Metal-Oxide-Semiconductor；金属-氧化物-半导体)管等。

第三方面，本实用新型提供一种电机驱动控制器，包括上述的功率模块。该电机驱动控制器用于对电机的转速、输出扭矩和输出功率中的至少任一进行控制。

第四方面，本实用新型提供一种新能源汽车，包括上述的功率模块或上述的电机驱动控制器。该新能源汽车可以是纯电动汽车，也可以是混合动力汽车，且该混合动力汽车至少具有由电机进行驱动的能力，其可以由电机单独驱动，也可以由电机和其他动力(如内燃机等)共同驱动。

第五方面，本实用新型提供一种电力电子装置，包括上述的功率模块。该电力电子装置可以包括本领域公知的任何类型的电力电子装置，例如变频器、UPS(不间断电源)、电磁炉、电焊机等任何电力电子产品或装置，也可以是上述电力电子装置的中间产品，例如：具有该功率模块安装结构的电机驱动控制器等。

需要说明的是，本文中若有涉及术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度、“厚度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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发明和简化描述，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申请的限制。

在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

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；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (14)

1.一种功率模块底板，其特征在于，包括：

板体；

与所述板体形成为一体的散热介质空腔，所述散热介质空腔具有相对设置的介质入口及介质出口，所述散热介质空腔内在所述介质入口与所述介质出口之间设置有多个均流结构，每个所述均流结构自所述介质入口向所述介质出口的方向上，宽度逐渐增大。

2.根据权利要求1所述的功率模块底板，其特征在于，所述散热介质空腔内设置有多个阻流件，所述阻流件位于所述均流结构的两侧，且所述阻流件与所述均流结构及散热介质空腔之间均具有散热介质通道。

3.根据权利要求2所述的功率模块底板，其特征在于，所述阻流件为条状部件，所述条状部件的长度延伸方向垂直于所述介质入口至所述介质出口的连线。

4.根据权利要求1所述的功率模块底板，其特征在于，所述散热介质空腔内设置有多个平行设置的散热翅片，相邻所述散热翅片形成散热流道，所述散热流道的延伸方向与所述介质入口至所述介质出口的连线相交。

5.根据权利要求4所述的功率模块底板，其特征在于，所述均流结构的两侧均设置有所述散热翅片。

6.根据权利要求4或5所述的功率模块底板，其特征在于，所述延伸方向与所述连线垂直。

7.根据权利要求1-5任一项所述的功率模块底板，其特征在于，所述介质入口、所述介质出口及各所述均流结构位于同一直线上。

8.根据权利要求7所述的功率模块底板，其特征在于，所述直线为所述散热介质空腔的中心线。

9.根据权利要求1-5任一项所述的功率模块底板，其特征在于，所述均流结构为锥形体，且所述锥形体的小端朝向所述介质入口，大端朝向所述介质出口。

10.根据权利要求1-5任一项所述的功率模块底板，其特征在于，自所述介质入口向所述介质出口方向，各所述均流结构的最大宽度依次增大。

11.一种功率模块，其特征在于，包括权利要求1-10任一项所述的功率模块底板，所述功率模块底板上形成有功率器件。

12.一种电机驱动控制器，其特征在于，包括权利要求11所述的功率模块。

13.一种新能源汽车，其特征在于，包括权利要求11所述的功率模块或权利要求12所述的电机驱动控制器。

14.一种电力电子装置，其特征在于，包括权利要求11所述的功率模块。

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