CN215751861U - 一种车载加热单元、车载电控设备及电动汽车 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种车载加热单元、车载电控设备及电动汽车。电动汽车包括车载电控设备、外循环模块及电池包。车载电控设备包括壳体及设置在壳体内的车载加热单元。车载加热单元包括控制板、IGBT模块和导热底板。IGBT模块层叠设置在控制板与导热底板之间，便于三者的装配连接；IGBT模块与控制板间隔设置；控制板电连接于IGBT模块，以控制IGBT模块加热，实现加热的精准控制，且生产工艺简单、成本较低；IGBT模块与导热底板连接，导热底板能够将IGBT模块的热量传递出去，以便对电池包进行预热以便启动工作。

Description

一种车载加热单元、车载电控设备及电动汽车

技术领域

本实用新型涉及新能源汽车技术领域，尤其涉及一种车载加热单元、车载电控设备及电动汽车。

背景技术

新能源汽车的应用日趋广泛，所面临的应用环境多种多样。当行驶环境为严寒地区时，往往需要对电池包进行预热，以保障电池正常工作，从而为新能源汽车提供动力。

传统车载加热单元无控制单元模块，加热方式为加热丝或电阻器通电加热，装置成本较高，且生产工艺复杂，加热程序不易控制。

实用新型内容

为解决传统车载加热单元成本高、不易控制的问题，本申请的实施例提供一种车载加热单元、车载电控设备及电动汽车，能够实现加热精准控制、成本较低，生产工艺简单。

第一方面，本实用新型提供一种车载加热单元，包括控制板、IGBT模块和导热底板，所述IGBT模块层叠设置在所述控制板与所述导热底板之间；

所述IGBT模块与所述控制板间隔设置；所述控制板电连接于所述IGBT模块，以控制所述IGBT模块加热；

所述IGBT模块与所述导热底板连接，以使所述IGBT模块的热量能够传递至所述导热底板。

其中，所述车载加热单元还包括多个连接柱，多个所述连接柱均固定在所述IGBT模块与所述控制板之间。

其中，所述车载加热单元还包括导热材料，所述IGBT模块与所述导热底板间通过所述导热材料连接。

其中，所述导热材料为层叠在所述IGBT模块与所述导热底板间的铜板，所述导热底板为铝板。

其中，所述导热底板上远离所述IGBT模块的一侧设置有多个导热凸起。

其中，所述控制板为设置有控制单元及驱动单元的PCBA板，其包括控制单元及驱动单元，所述控制单元电连接于所述驱动单元，所述驱动单元与所述IGBT模块电连接；所述控制单元电连接于低压接插件，以接收控制信号；所述驱动单元电连接于高压接插件，以输入工作电压。

第二方面，本实用新型提供一种车载电控设备，包括壳体及前述的车载加热单元，所述车载加热单元设置在所述壳体内，所述壳体上设置有液冷导热结构，所述车载加热单元的导热底板连接至所述液冷导热结构。

其中，所述液冷导热结构包括两条流道、及热交换槽，两条所述流道设置在壳体的外表面，所述热交换槽设置在所述壳体的内表面；两个所述流道的一端分别连通至所述热交换槽上相对的两端，两个所述流道的另一端分别设置有外接口；所述导热底板封闭所述热交换槽的槽口，以在二者之间形成热交换腔体。

其中，两条所述流道的一端分别连通至所述热交换槽在第一方向上相对的两端；各所述流道包括依次连通的第一子流道及第二子流道，所述第一子流道连通至所述外接口，所述第二子流道沿第二方向自所述热交换槽的一侧延伸至其另一侧；所述第一方向与所述第二方向为两个相互垂直的方向；所述第二子流道朝向所述热交换槽的一面整体与所述热交换槽连通。

第三方面，本实用新型提供一种电动汽车，包括前述的车载电控设备、外循环模块及电池包，所述车载电控设备的液冷导热结构与所述外循环模块连接，所述外循环模块与所述电池包连接，以将热量传递至所述电池包。

根据本实用新型实施例提供的车载加热单元、车载电控设备及电动汽车，IGBT模块层叠设置在控制板与导热底板之间，便于三者的装配连接，控制板控制IGBT模块加热，可以实现加热的精准控制，且生产工艺简单、成本较低，导热底板能够将IGBT模块的热量传递出去，以便对电池包进行预热以便启动工作。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是本实用新型优选实施例提供的车载电控设备的分解示意图；

图2是图1中车载电控设备的车载加热单元的结构示意图；

图3是图2中车载加热单元的在散热底板一侧的结构示意图；

图4是图1中车载电控设备另一角度的分解示意图；

图5是图1中车载电控设备在流道一侧处的结构示意图；

图6是图1中车载电控设备的壳体内侧的结构示意图；

图7是图6中壳体的A-A剖视图；

图8是图6中壳体的B-B剖视图。

附图标记说明：

X-第一方向、Y-第二方向；

1-壳体；

11-上壳体；

12-下壳体；

100-热交换槽；

110-入液流道、120-出液流道；

111-第一入液子流道、112-第二入液子流道、121第一出液子流道、122-第二出液子流道；

113-第一入液台阶、114-第二入液台阶、123-第一出液台阶、124-第二出液台阶；

130-入液外接口、140-出液外接口；

115、125-流道槽；

151、152-流道盖板；

150-环形槽；

2-车载加热单元；

21-控制板；

22-连接柱；

23-IGBT模块；

24-导热材料；

25-导热底板；

26-导热柱；

3-低压接插件；

4-高压接插件。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本实用新型说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本实用新型。如在本实用新型说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本实用新型说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

参见图1，本实用新型优选实施例提供的一种车载电控设备，包括壳体1及车载加热单元2。车载加热单元2设置在壳体1内，壳体1上设置液冷导热结构，车载加热单元2能够产生热量，然后通过液冷导热结构将热量传递出去。壳体1主要承担装置载体的作用，内部能够容纳各类电子元件，使得整个车载电控设备形成一个整体模块。

车载加热单元2包括控制板21、IGBT模块23和导热底板25，控制板21能够控制IGBT模块23加热产生热量，再通过导热底板25传递至液冷导热结构，进而对电池包进行预热以便启动工作，或对其他设备进行加热。

如图2所示，IGBT模块23层叠设置在控制板21与导热底板25之间，便于三者的装配连接。IGBT模块23与控制板21层叠且间隔设置，一方面缩短控制板21与IGBT模块23间电连接，避免电路缠绕影响车载电控设备正常工作，另一方面防止IGBT模块23发热烧坏控制板21。控制板21电连接于所述IGBT模块23，以控制IGBT模块23加热。利用控制板21控制IGBT模块进行加热，可以实现加热的精准控制，且生产工艺简单、成本较低。

导热底板25与IGBT模块23连接，以使IGBT模块23的热量能够传递至导热底板，在通过导热底板25传递出去，从而可以对车载电池的电池包进行加热。在本实施例中，如图1所示，IGBT模块23为框体状，内部可用于放置其他电子元器件，且生产工艺较简单，框体状的IGBT模块23能够连接较大面积的导热底板25，以利于将IGBT模块23的热量传递出去。此处，在其他实施例中，IGBT模块也可以是块体状、板片状等。

在本实施例中，如图1及图2所示，车载加热单元还包括多个连接柱22，多个连接柱22固定在IGBT模块23与控制板21之间，通过设置连接柱22，能够使得IGBT模块23与控制板21之间保持预定的间距，利于IGBT模块23与控制板21的装配连接。更具体地，本实施例中，车载加热单元还包括多个螺钉27。多个连接柱22均固定于IGBT模块23，连接柱22与IGBT模块23可以为一体成型或焊接。连接柱22上设置有螺纹孔(图中未标示)，控制板21上设置有多个通孔210，螺钉27穿设通孔210与螺纹孔螺纹连接。螺纹连接易加工、易拆卸，一方面降低了装置工艺难度，另一方面方便对IGBT模块23和控制板21的后期维护。在其他实施例中，连接柱上亦可以设置通孔，利用螺钉或螺栓穿设控制板及连接柱并与IGBT模块螺纹连接，或者，IGBT模块与控制板的连接也可采用卡扣连接、胶接等连接方式。

如图2所示，在本实施例中，车载加热单元还包括导热材料24，IGBT模块23与导热底板25间通过导热材料24连接，确保紧密连接的同时，保证高导热效率。更具体地，导热材料24为层叠在IGBT模块23与导热底板25间的铜板，导热底板25为铝板。铜板的结构强度较高，且导热效率高，能够提高IGBT模块23与导热底板25的结构强度，且能够使IGBT模块23加热产生的热量高效传递至导热底板25。导热底板24为铝板，其成本较低，易于在导热底板24上加工成型导热凸起26等其他结构。此处，在其他实施例中，导热材料也可选用石墨导热膜、导热凝胶、或其他金属板，导热底板除铝板外也可选用其他导热材质板件。

如图1到图3所示，导热底板25上远离IGBT模块23的一侧设置有多个导热凸起26，多个导热凸起26阵列排布，且错位设置，可以使得冷却液体流动时，充分与导热凸起26接触进行热交换，提升散热效率。进一步，导热凸起26为圆柱形，以便于加工，且利于冷却液体在热交换槽100的流动。此处，在其他实施方式中，导热凸起26还可以为球状凸包、多边形柱状等其他形状。

在本实施例中，控制板21为PCBA板，其包括控制单元及驱动单元(图中未标示)，控制单元电连接于驱动单元，驱动单元与IGBT模块23电连接。如图1所示，所述控制单元电连接于低压接插件3，以接收控制信号；驱动单元电连接于高压接插件4，以输入工作电压。控制单元及驱动单元设置在同一块PCBA板，能够简化结构、利于装配。高压接插件4外接高压电后能够向驱动单元输入工作电压，以启动PCBA板工作，低压接插件3外接信号源后能够向控制单元输入控制信号，由控制单元进行信号处理进一步向IGBT模块23发出加热信号，IGBT模块23接受信号后开始加热，以进一步实现加热的精准控制。

在本实施例中，壳体1上设置有液冷导热结构(图中未标示)，液冷导热结构与导热底板25连接。热量从IGBT模块23传输至导热底板25后，导热底板25再将热量传导至液冷导热结构内，由液冷导热结构进一步传递加热电池包。此处，在其他实施中，电池包或其他待加热部件还可以与导热底板直接连接，或者通过其他导热结构与导热底板进行连接，电池包或其他待加热部件与导热底板之间的连接方式能够实现热量传递即可。

结合图4、图5及图6所示，液冷导热结构包括两条流道110、120、及热交换槽100。如图4及图5所示，两条所述流道110、120设置在壳体1的外表面，如图6所示，热交换槽100设置在所述壳体的内表面。两条流道110、120的一端分别连通至热交换槽100上相对的两端，两条流道110、120的另一端分别设置有外接口130、140。导热底板25封闭热交换槽100的槽口，以在二者之间形成热交换腔体。液冷导热结构内部的冷却液体可以从其中一流道110流入到热交换槽100内，导热底板25与冷却液体在该热交换腔体内进行充分热交换，冷却液体吸收导热底板25的热量后，再经另一流道120流出，以将热量传递给电池包或其他待加热部件。

两条流道110、120的一端分别连通至热交换槽100在第一方向X上的两端，即此处所指热交换槽100的两端是沿第一方向X排布的、且相对设置的两个端部。冷却液体沿第一方向X经过热交换槽100。热交换槽100在垂直于第一方向X上的截面面积大于流道110、120的横截面，可以使得冷却液体在热交换槽100内的流速小于流道110、120内的流速，热交换槽100内的流速相对较小，可以充分进行热交换，流道110、120内的流速较快，可以实现冷却液体的快速流入和流出，提高散热效率。

为了方便描述，两条流道分别命名为入液流道110和出液流道120，两个外接口分别命名为入液外接口130和出液外接口140，入液流道110的一端与热交换槽100连通、另一端与入液外接口130连通，出液流道120的一端与热交换槽100连通、另一端与出液外接口140连通。

入液流道110与出液流道120的结构相似，以下以入液流道110为例对流道结构进行详细描述。

如图4及图5所示，入液流道110包括依次连通的第一入液子流道111及第二入液子流道112，第一入液子流道111连通至入液外接口130，第二入液子流道112沿第二方向Y自热交换槽100的一侧延伸至其另一侧；结合图5及图6所示，第二入液子流道112朝向热交换槽100的一面整体与热交换槽100连通，即热交换槽100端部的槽底面处开设条形通孔与第二入液子流道112连通，该结构使得冷却液体在热交换槽100与第二入液子流道112连通处的温度分布较为均匀，便于冷却液更快、更全面地进入到热交换槽100的端部中。

如图5及图7所示，第二入液子流道112与第一入液子流道111的连通处设置有第一入液台阶113，第一入液台阶113朝向第一入液子流道111的一面为斜面，第二入液子流道112在第一入液台阶113处的横截面面积小于第一入液子流道111的横截面面积，可以使得第二入液子流道112内的流速大于第一入液子流道111内的流速，冷却液体自第一入液子流道111进入第二入液子流道112时流速增大，可以进一步使得冷却液体在热交换槽100与第二入液子流道112连通处的温度分布较为均匀。第一入液台阶113朝向第一入液子流道111的一面为斜面，能够利于冷却液体自第一入液子流道111进入到较窄的第二子流道120。

如图5及图8所示，第一入液子流道111与入液外接口130的连通处形成有第二入液台阶114，第二入液台阶114朝向入液外接口130的一面为斜面，第一入液子流道111的横截面面积小于入液外接口130的横截面面积，可以使得第一入液子流道111内的流速大于入液外接口130的流速，进而使得冷却液体快速通过第一入液子流道111。第二入液台阶114朝向入液外接口130的一面为斜面，能够利于冷却液体自入液外接口130进入到较窄的第一入液子流道111。

如图4所示，入液外接口130和出液外接口140的形状结构相同，均为圆柱管状结构，以利于与外界循环模块的连接。壳体1上有“IN”及“OUT”标识以区分入液外接口130和出液外接口140。低压插接件3、高压插接件4、入液外接口130、出液外接口140均设置在壳体1的同一侧，同侧插管利于接线整理。

出液流道120与入液流道110的结构相似。如图4及图5所示，出液流道120的第一出液子流道121连通至出液外接口140，出液流道120的第二出液子流道122朝向热交换槽100的一面整体与热交换槽100的另一端连通，利于热交换槽100内冷却液体进入到第二出液子流道122内，便于冷却液体更快、更全面地自热交换槽100的另一端进入到第二出液子流道122内。

如图5所示，出液流道120的第二出液子流道122与第一出液子流道121的连通处设置有第一出液台阶123，可以使得第二出液子流道122内的流速大于第一出液子流道121内的流速，利于冷却液体自热交换槽100内流入到第二出液子流道122内。出液流道120的第一出液子流道121与出液外接口140的连通处形成有第二出液台阶124，可以使得第一出液子流道121内的流速大于出液外接口140的流速，利于引导冷却液体快速通过第一出液子流道121。

可以理解地，在上述描述中，第一入液子流道111、第一出液子流道121为第一子流道在两个流道内的不同命名，第二入液子流道112、第二出液子流道122为第二子流道在两个流道内的不同命名，第一入液台阶113、第一出液台阶123为第一台阶在两个流道内的不同命名，第二入液台阶114、第二出液台阶124为第二台阶在两个流道内的不同命名。

本实用新型的流道110、120内的流速设计为快远近慢，即远离入液外接口130的第二子流道112内的冷却液流速较快、靠近出液外接口130的第二子流道122内的冷却液流速较慢，使得冷却液有更充足的动力在热交换槽100内部流动，同时加热后的冷却液能够更快地流出加热器，提高冷却效率。

热交换槽100位于两个流道110、120的第一入液子流道111之间，以使得第一流道110的第一入液子流道111与第二流道120的第二子流道121距离相对较远，避免二者之间的热量干涉而影响散热效果。

如图4及图5所示，入液流道110的第一入液子流道111的长度大于出液流道120的第一出液子流道121的长度，可以使得冷却液体经过较短距离快速从液冷散热器中流出并进入到外循环模块。

如图5所示，壳体1上设置有两个条形的流道槽115、125，流道槽115、125与热交换槽100分别设置在壳体的两相背表面上；液冷散热器还包括两个条形的流道盖板151、152，两个流道盖板151、152分别盖板密封覆盖两个流道槽115、125，以在流道盖板151、152与壳体1之间形成流道110、120。

如图5及图6所示，流道槽115、125与热交换槽100分别设置在壳体的两相背表面上，可以使得流道110、120远离车载加热单元2及其他电子元件，避免流道110、120的液体泄漏对各电子元件造成损伤。流道110、120设置在壳体上，且采用将壳体开槽再利用流道110、120盖板封闭的制作工艺，能够保证密封性的同时，降低加工工艺难度。

流道槽115、125的槽口为阶梯状，流道盖板151设置在流道槽115的阶梯面上，流道盖板152设置在流道槽125的阶梯面上，以方便进行装配密封。流道槽115、125可以焊接至流道槽115、125的槽口处，以保证密封性，当然在其他实施例中，也可以设置密封圈或密封胶，利用螺钉等方式进行固定，并实现密封。此处，在其他实施方式中，也可以设置单独的管路形成流道110、120。

如图1所示，导热底板25为长方形板，热交换槽100为长方形，其长度方向为第一方向X、其宽度方向为第二方向Y。长方形的热交换槽100，利于加工成型。热交换槽100的长度方向为第一方向X，可以使得冷却液体在热交换槽100中流动相对较长距离，以充分吸收散热底板2的热量。热交换槽100的宽度方向为第二方向Y，可以使得第二入液子流道112的长度较短，利于使得冷却液体进入到热交换槽100的端部，同时使得热交换槽100两侧处进入的冷却液体相对均匀。此处，热交换槽100的形状可以根据导热底板26的形状进行设计，并不局限于长方形，还可以为正方形或梯形等其他形状。

如图4及图5所示，入液流道110的第一入液子流道111、出液流道120的第一入液子流道111均沿热交换槽100的长度方向设置，入液流道110的第一入液子流道111与第二入液子流道112连接成L型，出液流道120的第一出液子流道121与第二出液子流道122亦连接成L型，整体布局合理，使得入液外接口130和出液外接口140位于壳体1同一侧面处，便于加工成型，从而降低生产制备成本；同时出液流道120及入液流道110仅拐弯一次，使得冷却液体流动较为顺畅。

如图6所示，壳体1上设置有环形槽150，环形槽150环绕热交换槽100的四周设置，环形槽150内设置有密封圈(图中未示出)，导热底板25与壳体1通过螺钉固定连接，且导热底板25抵接于密封圈。利用环形槽150和密封圈的配合，可以保证壳体1与散热底板2的密封性，使得热交换槽100内的冷却液体不易泄漏。此处，导热底板25与热交换槽100槽口处的密封连接还可以采用卡扣连接、胶接或焊接，保证密封不漏水即可。

如图1所示，壳体1包括主壳11和盖板12，主壳11和盖板12之间形成容纳腔体，二者可以通过螺钉连接，便于维护拆装，车载加热单元等部件均设置在主壳11与盖板12之间的容纳腔体内。更具体地，入液流道110、出液流道120、入液外接口130、出液外接口140、及热交换槽100均设置在主壳11上，控制板21、IGBT模块23及导热底板25通过螺栓固定连接至主壳11，以进一步方便拆装维护。

本实用新型还提供了一种电动汽车，包括外循环模块及前述的车载电控设备、外循环模块及电池包，车载电控设备的液冷导热结构与外循环模块连接，外循环模块与电池包连接，以将热量传递至电池包。

车载加热单元2产生的热量可以经壳体1的液冷导热结构、外循环模块传递至电池包。由于车载加热单元2采用控制板控制IGBT模块加热，可以实现加热的精准控制，且生产工艺简单、成本较低。通过热交换槽100，实现冷却液体与导热底板25之间充分进行热交换，可以实现冷却液体的快速流入和流出，提高散热效率。

本实施例中，液冷导热结构可以接入外循环模块，冷却液体经入液流道110进入热交换槽100形成的热交换腔体内，与导热底板25进行热交换，吸收热量后，冷却液体经出液流道120流出，进入到外循环模块后，利用外循环模块对电池包进行加热。液冷导热结构设置在壳体1上，易于加工制备，此处，在其他实施方式中，液冷导热结构可以设置为一个单独的部件与导热底板进行连接。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，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，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种车载加热单元，其特征在于，包括控制板、IGBT模块和导热底板，所述IGBT模块层叠设置在所述控制板与所述导热底板之间；

所述IGBT模块与所述控制板间隔设置；所述控制板电连接于所述IGBT模块，以控制所述IGBT模块加热；

所述IGBT模块与所述导热底板连接，以使所述IGBT模块的热量能够传递至所述导热底板。

2.根据权利要求1所述的车载加热单元，其特征在于，所述车载加热单元还包括多个连接柱，多个所述连接柱均固定在所述IGBT模块与所述控制板之间。

3.根据权利要求1所述的车载加热单元，其特征在于，所述车载加热单元还包括导热材料，所述IGBT模块与所述导热底板间通过所述导热材料连接。

4.根据权利要求3所述的车载加热单元，其特征在于，所述导热材料为层叠在所述IGBT模块与所述导热底板间的铜板，所述导热底板为铝板。

5.根据权利要求1所述的车载加热单元，其特征在于，所述导热底板上远离所述IGBT模块的一侧设置有多个导热凸起。

6.根据权利要求1-5任一项所述的车载加热单元，其特征在于，所述控制板为PCBA板，其包括控制单元及驱动单元，所述控制单元电连接于所述驱动单元，所述驱动单元与所述IGBT模块电连接；所述控制单元电连接于低压接插件，以接收控制信号；所述驱动单元电连接于高压接插件，以输入工作电压。

7.一种车载电控设备，其特征在于，包括壳体及权利要求1-6任一项所述的车载加热单元，所述车载加热单元设置在所述壳体内，所述壳体上设置有液冷导热结构，所述车载加热单元的导热底板连接至所述液冷导热结构。

8.根据权利要求7所述的车载电控设备，其特征在于，所述液冷导热结构包括两条流道、及热交换槽，两条所述流道设置在壳体的外表面，所述热交换槽设置在所述壳体的内表面；两个所述流道的一端分别连通至所述热交换槽上相对的两端，两个所述流道的另一端分别设置有外接口；所述导热底板封闭所述热交换槽的槽口，以在二者之间形成热交换腔体。

9.根据权利要求8所述的车载电控设备，其特征在于，两条所述流道的一端分别连通至所述热交换槽在第一方向上相对的两端；各所述流道包括依次连通的第一子流道及第二子流道，所述第一子流道连通至所述外接口，所述第二子流道沿第二方向自所述热交换槽的一侧延伸至其另一侧；所述第一方向与所述第二方向为两个相互垂直的方向；所述第二子流道朝向所述热交换槽的一面整体与所述热交换槽连通。

10.一种电动汽车，其特征在于，包括权利要求7-9任一项所述的车载电控设备、外循环模块及电池包，所述车载电控设备的液冷导热结构与所述外循环模块连接，所述外循环模块与所述电池包连接，以将热量传递至所述电池包。

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