CN220021098U - 功率模块冷却系统 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种功率模块冷却系统，功率模块冷却系统包括模块主体、冷却装置和安装结构，冷却装置设有蒸发腔和冷凝腔，蒸发腔内设有工质，液态工质能够在蒸发腔内吸热相变为气态工质并进入冷凝腔，且气态工质能够在冷凝腔内放热相变为液态工质并重新回流至蒸发腔。冷却装置设有连通蒸发腔和外部空间的装配口，安装结构设于装配口背离蒸发腔的一侧并可拆卸连接于冷却装置，模块主体一端浸没于蒸发腔的工质内，另一端通过装配口连接于安装结构，且线束能够通过装配口连接于模块主体。本申请提供的功率模块冷却系统，解决了浸没于工质的IGBT维护困难的问题。
Description
技术领域
本申请涉及功率模块冷却技术领域，特别是涉及一种功率模块冷却系统。
背景技术
IGBT(绝缘栅双极型晶体管)是一种功率模块，广泛应用于新能源车、储能、机器人、电网、数据中心、风电和轨道交通等领域，随着IGBT的功率不断增大，IGBT的发热量也越来越大，并且，IGBT的热管理也向全浸式冷却的方向发展。但是，浸没于工质的IGBT的维护较为困难。
实用新型内容
基于此，有必要提供一种功率模块冷却系统，以解决浸没于工质的IGBT维护困难的问题。
本申请提供的功率模块冷却系统包括模块主体、冷却装置和安装结构，冷却装置设有蒸发腔和冷凝腔，蒸发腔内设有工质，液态工质能够在蒸发腔内吸热相变为气态工质并进入冷凝腔，且气态工质能够在冷凝腔内放热相变为液态工质并重新回流至蒸发腔。冷却装置设有连通蒸发腔和外部空间的装配口，安装结构设于装配口背离蒸发腔的一侧并可拆卸连接于冷却装置，模块主体一端浸没于蒸发腔的工质内，另一端通过装配口连接于安装结构，且线束能够通过装配口连接于模块主体。
在其中一个实施例中，安装结构包括固定板，固定板贴设于模块主体连接有线束的端面并和模块主体密封连接，且固定板止挡于装配口远离蒸发腔的一端。
在其中一个实施例中，安装结构还包括密封法兰，当装配口安装有模块主体时，密封法兰呈环状，模块主体通过密封法兰密封安装于装配口，线束直接穿过密封法兰；当装配口未安装模块主体时，密封法兰呈板状，且密封法兰封堵装配口。在其中一个实施例中，模块主体连接有线束的一端穿设于装配口并与装配口的内壁密封连接。
在其中一个实施例中，功率模块冷却系统还包括第一阀，蒸发腔远离冷凝腔的一端设有能够连通蒸发腔和外部空间的维护口，第一阀安装于维护口并能够控制维护口的通断。
在其中一个实施例中，功率模块冷却系统还包括阀组，冷凝腔的侧壁设有能够连通冷凝腔和外部空间的通气口，阀组安装于通气口并能够控制通气口的通断。
在其中一个实施例中，阀组包括主管、第一支管、第二支管、第三支管、第二阀、第三阀、第四阀和第五阀；主管一端通过通气口连通冷凝腔，另一端分别连通第一支管、第二支管和第三支管，并且，第三阀设于主管靠近通气口的一端，以用于控制主管的通断；第一支管用于连接真空检测表，且第四阀设于第一支管，以用于控制第一支管的通断；第二支管用于连通外部空间，第二阀设于第二支管，以用于控制第二支管的通断；第三支管用于连接压力检测表，第五阀设于第三支管，以用于控制第三支管的通断。
在其中一个实施例中，工质为相变冷却液。
在其中一个实施例中，蒸发腔呈立方体状，蒸发腔内的多个模块主体呈矩阵式排列。
在其中一个实施例中，蒸发腔呈圆柱体状，蒸发腔内的多个模块主体呈同心圆式排列。
与现有技术相比，本申请提供的功率模块冷却系统，如此，当模块主体连接有线束的一端需要维修时，可直接通过装配口进行维修，无需将整个模块主体从冷却装置上拆下，从而大大降低了模块主体的维护难度。
进一步地，由于冷却装置整体的密封性较高，当整个模块主体出现故障或者需要维护时，即使排干了蒸发腔内的工质，也难以取出模块主体。在本申请中，可在排干蒸发腔内的工质之后，通过拆卸安装结构并从装配口取出模块主体，大大降低了模块主体的拆装难度。
更进一步地，模块主体连接有线束的一端不浸没于工质内，可避免工质通过模块主体和线束的连接处进入模块主体，导致模块主体被腐蚀甚至发生短路等问题。并且，模块主体和线束的连接处不接触工质，有利于降低模块主体的密封要求，进而降低功率模块冷却系统的制造成本。
当模块主体需要拆除更换时，可先将冷却装置中的工质导出备用，待换装好模块主体后，对冷却装置抽真空后再重新注入工质，从而减少工质在维护过程中的损耗。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统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是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，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为本申请提供的一实施例的功率模块冷却系统局部结构示意图；
图2为本申请提供的一实施例的模块主体、固定板和线束的装配结构示意图；
图3为本申请提供的一实施例的模块主体在蒸发腔内排列方式图；
图4为本申请提供的另一实施例的模块主体在蒸发腔内排列方式图；
图5为本申请提供的另一实施例的冷凝腔处的阀组连接结构示意图。
附图标记：100、模块主体；110、线束；200、冷却装置；210、蒸发腔；211、工质；212、装配口；213、维护口；220、冷凝腔；221、通气口；300、安装结构；310、固定板；320、密封法兰；321、密封垫片；400、第一阀；500、阀组；510、主管；520、第一支管；530、第二支管；540、第三支管；550、第二阀；560、第三阀；570、第四阀；580、第五阀。
具体实施方式
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“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申请和简化描述，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。
此外，术语“第一”、“第二”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。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
IGBT(绝缘栅双极型晶体管)是一种功率模块，广泛应用于新能源车、机器人、电网、数据中心、风电和轨道交通等领域，随着IGBT的功率不断增大，IGBT的发热量也越来越大，并且，IGBT的热管理也向全浸式冷却的方向发展。但是，浸没于工质的IGBT的维护较为困难。
请参阅图1-图5，为了解决浸没于工质211的IGBT维护困难的问题，本申请提供一种功率模块冷却系统，该功率模块冷却系统包括模块主体100、冷却装置200和安装结构300，冷却装置200设有蒸发腔210和冷凝腔220，蒸发腔210内设有工质211，液态工质211能够在蒸发腔210内吸热相变为气态工质211并进入冷凝腔220，且气态工质211能够在冷凝腔220内放热相变为液态工质211并重新回流至蒸发腔210。冷却装置200设有连通蒸发腔210和外部空间的装配口212，安装结构300设于装配口212背离蒸发腔210的一侧并可拆卸连接于冷却装置200，模块主体100一端浸没于蒸发腔210的工质211内，另一端通过装配口212连接于安装结构300，且线束110能够通过装配口212连接于模块主体100。
需要注意的是，本申请中的模块主体100包括但不限于CPU模块、电池模块和IGBT模块。
如此，当模块主体100连接有线束110的一端需要维修时，可直接通过装配口212进行维修，无需将整个模块主体100从冷却装置200上拆下，从而大大降低了模块主体100的维护难度。
进一步地，由于冷却装置200整体的密封性较高，当整个模块主体100出现故障或者需要维护时，即使排干了蒸发腔210内的工质211，也难以取出模块主体100。在本申请中，可在排干蒸发腔210内的工质211之后，通过拆卸安装结构300并从装配口212取出模块主体100，大大降低了模块主体100的拆装难度。
更进一步地，模块主体100连接有线束110的一端不浸没于工质211内，可避免工质211通过模块主体100和线束110的连接处进入模块主体100，导致模块主体100被腐蚀甚至发生短路等问题。并且，模块主体100和线束110的连接处不接触工质211，有利于降低模块主体100的密封要求，进而降低功率模块冷却系统的制造成本。
在一实施例中，如图3所示，蒸发腔210呈立方体状，蒸发腔210内的多个模块主体100呈矩阵式排列。
对应地，多个装配口212在蒸发腔210的侧壁呈直线形排列。
如此，可以显著提高模块主体100的排列密度，减小模块主体100的排列空间。
在另一实施例中，如图4所示，蒸发腔210呈圆柱体状，蒸发腔210内的多个模块主体100呈同心圆式排列。
对应地，多个装配口212在蒸发腔210的侧壁呈圆形排列。
如此，可以提高相邻模块主体100之间的间隔，进而提高模块主体100的散热效果。
但不限于此，在其他实施例中，模块主体100还可以是其他形式的排列方式，在此不一一列举。
在一实施例中，工质211为相变冷却液。
具体地，相变冷却液包括水、碳氟化合物和碳氢化合物。具体包括丙酮、乙醇和氟化液等，碳氟化合物和碳氢化合物的沸点均在-88℃-50℃之间。其中，氟化液的沸点在58℃左右。
需要注意的是，为了提高模块主体100和工质211的接触面积，可将模块主体100的五个面均浸没于工质211内，只剩下设有线束110的一个面通过装配口212露在外面。并且，模块主体100的五个面被铜或铝等高导热金属材料封住，模块主体100连接有线束110的端面敞开。
具体地，在一实施例中，如图1和图2所示，模块主体100连接有线束110的一端穿设于装配口212并与装配口212的内壁密封连接。
如此，可通过模块主体100自身封堵装配口212，防止工质211从装配口212处发生泄漏。
进一步地，在一实施例中，如图1和图2所示，安装结构300包括固定板310，固定板310贴设于模块主体100连接有线束110的端面并和模块主体100密封连接(包括焊接、卡接或者粘接)，且固定板310止挡于装配口212远离蒸发腔210的一端。
如此，可使固定板310起到隔离模块主体100浸没于工质211接触的部分和模块主体100连接有线束110的部分，避免工质211污染渗透至模块主体100连接有线束110的端面。
进一步地，在一实施例中，如图1和图2所示，安装结构300还包括密封法兰320，当装配口212安装有模块主体100时，密封法兰320呈环状，模块主体100通过密封法兰320密封安装于装配口212，线束110直接穿过密封法兰320。当装配口212未安装模块主体100时，密封法兰320呈板状，且密封法兰320封堵装配口212。如此，提高了模块主体100和冷却装置200的连接密封性以及连接牢固程度。
进一步地，固定板310设于密封法兰320和冷却装置200之间，且密封法兰320通过固定板310密封安装于冷却装置200，安装结构300还包括密封垫片321，密封垫片321夹设于固定板310和冷却装置200之间，并且，密封垫片321夹设于固定板310和密封法兰320之间。
在一实施例中，如图1和图3所示，功率模块冷却系统还包括第一阀400，蒸发腔210的底侧(远离冷凝腔220的一侧)设有能够连通蒸发腔210和外部空间的维护口213，第一阀400安装于维护口213并能够控制维护口213的通断。
如此，可通过维护口213对工质211进行维护，例如通过维护口213向蒸发腔210内进行补充工质211和更换工质211，以及通过维护口213临时转移工质211等操作。
具体地，第一阀400可以是普通的截止阀，可以是电磁阀或者电子膨胀阀等可以调节开度的阀门。
在一实施例中，如图5所示，功率模块冷却系统还包括阀组500，冷凝腔220的侧壁设有能够连通冷凝腔220和外部空间的通气口221，阀组500安装于通气口221并能够控制通气口221的通断。
需要说明的是，“通断”是连通和断开的简称。
进一步地，在一实施例中，如图5所示，阀组500包括主管510、第一支管520、第二支管530、第三支管540、第二阀550、第三阀560、第四阀570和第五阀580。
主管510一端通过通气口221连通冷凝腔220，另一端分别连通第一支管520、第二支管530和第三支管540，并且，第三阀560设于主管510靠近通气口221的一端，以用于控制主管510的通断。
如此，通过控制第三阀560的打开或者关闭，便可控制主管510的连通和隔断。由于主管510一端通过通气口221连通冷凝腔220，另一端分别连通第一支管520、第二支管530和第三支管540，因此，只有当第三阀560打开时，第一支管520、第二支管530和第三支管540才能通过主管510连通冷凝腔220。当第三阀560关闭时，第一支管520、第二支管530和第三支管540均不能连通冷凝腔220。也即，主管510和第三阀560起到了阀组500的总开关的作用。
第一支管520用于连接真空检测表，且第四阀570设于第一支管520，以用于控制第一支管520的通断。
如此，当需要检测冷凝腔220内的真空度时，可分别打开第三阀560和第四阀570，以使第一支管520通过主管510连通冷凝腔220，并且，由于第一支管520能够连接真空检测表，因此，可使真空检测表依次通过第一支管520和主管510连通冷凝腔220，以检测冷凝腔220内的真空度。
第二支管530用于连通外部空间，第二阀550设于第二支管530，以用于控制第二支管530的通断。
如此，可分别打开第二阀550和第三阀560，以使第二支管530通过主管510连通冷凝腔220，并且，可通过第二支管530向冷凝腔220内进行补充工质211和更换工质211等操作。并且，第二阀550和第三阀560可以起到阀组500和外部空间隔断的双保险作用。
第三支管540用于连接压力检测表，第五阀580设于第三支管540，以用于控制第三支管540的通断。
如此，当需要检测冷凝腔220内的气压值时，可分别打开第三阀560和第五阀580，以使第三支管540通过主管510连通冷凝腔220，并且，由于第三支管540能够连接压力检测表，因此，可使压力检测表依次通过第三支管540和主管510连通冷凝腔220，以检测冷凝腔220内的气压值。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的专利保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种功率模块冷却系统，其特征在于，包括模块主体(100)、冷却装置(200)和安装结构(300)，所述冷却装置(200)设有蒸发腔(210)和冷凝腔(220)，所述蒸发腔(210)内设有工质(211)，液态工质(211)能够在所述蒸发腔(210)内吸热相变为气态工质(211)并进入所述冷凝腔(220)，且气态工质(211)能够在所述冷凝腔(220)内放热相变为液态工质(211)并重新回流至所述蒸发腔(210)；
所述冷却装置(200)设有连通所述蒸发腔(210)和外部空间的装配口(212)，所述安装结构(300)设于所述装配口(212)背离所述蒸发腔(210)的一侧并可拆卸连接于所述冷却装置(200)，所述模块主体(100)一端浸没于所述蒸发腔(210)的工质(211)内，另一端通过所述装配口(212)连接于所述安装结构(300)，且线束(110)能够通过所述装配口(212)连接于所述模块主体(100)。
2.根据权利要求1所述的功率模块冷却系统，其特征在于，所述安装结构(300)包括固定板(310)，所述固定板(310)贴设于所述模块主体(100)连接有线束(110)的端面并和所述模块主体(100)密封连接，且所述固定板(310)止挡于所述装配口(212)远离所述蒸发腔(210)的一端。
3.根据权利要求1所述的功率模块冷却系统，其特征在于，所述安装结构(300)还包括密封法兰(320)，当所述装配口(212)安装有所述模块主体(100)时，所述密封法兰(320)呈环状，所述模块主体(100)通过所述密封法兰(320)密封安装于所述装配口(212)，所述线束(110)直接穿过所述密封法兰(320)；当所述装配口(212)未安装所述模块主体(100)时，所述密封法兰(320)呈板状，且所述密封法兰(320)封堵所述装配口(212)。
4.根据权利要求1所述的功率模块冷却系统，其特征在于，所述模块主体(100)连接有线束(110)的一端穿设于所述装配口(212)并与所述装配口(212)的内壁密封连接。
5.根据权利要求1所述的功率模块冷却系统，其特征在于，所述功率模块冷却系统还包括第一阀(400)，所述蒸发腔(210)远离所述冷凝腔(220)的一端设有能够连通所述蒸发腔(210)和外部空间的维护口(213)，所述第一阀(400)安装于所述维护口(213)并能够控制所述维护口(213)的通断。
6.根据权利要求1所述的功率模块冷却系统，其特征在于，还包括阀组(500)，所述冷凝腔(220)的侧壁设有能够连通所述冷凝腔(220)和外部空间的通气口(221)，所述阀组(500)安装于所述通气口(221)并能够控制所述通气口(221)的通断。
7.根据权利要求6所述的功率模块冷却系统，其特征在于，所述阀组(500)包括主管(510)、第一支管(520)、第二支管(530)、第三支管(540)、第二阀(550)、第三阀(560)、第四阀(570)和第五阀(580)；所述主管(510)一端通过所述通气口(221)连通所述冷凝腔(220)，另一端分别连通所述第一支管(520)、所述第二支管(530)和所述第三支管(540)，并且，所述第三阀(560)设于所述主管(510)靠近所述通气口(221)的一端，以用于控制所述主管(510)的通断；所述第一支管(520)用于连接真空检测表，且所述第四阀(570)设于所述第一支管(520)，以用于控制所述第一支管(520)的通断；所述第二支管(530)用于连通外部空间，所述第二阀(550)设于所述第二支管(530)，以用于控制所述第二支管(530)的通断；所述第三支管(540)用于连接压力检测表，所述第五阀(580)设于所述第三支管(540)，以用于控制所述第三支管(540)的通断。
8.根据权利要求1所述的功率模块冷却系统，其特征在于，工质(211)为相变冷却液。
9.根据权利要求1所述的功率模块冷却系统，其特征在于，所述蒸发腔(210)呈立方体状，所述蒸发腔(210)内的多个所述模块主体(100)呈矩阵式排列。
10.根据权利要求1所述的功率模块冷却系统，其特征在于，所述蒸发腔(210)呈圆柱体状，所述蒸发腔(210)内的多个所述模块主体(100)呈同心圆式排列。
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