CN221043589U - 功率器件模块、电源模块、供电系统和车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种功率器件模块、电源模块、供电系统和车辆，所述功率器件模块包括散热构件(1)和第一发热元件(5)，其中，所述散热构件(1)包括：多个侧壁(2)；和在所述多个侧壁(2)之间且沿安装方向(A)贯通的容置空间(4)，配置为沿安装方向(A)容纳第一发热元件(5)且所述散热构件(6)最底部的水平不超过所述第一发热元件(5)的最底部，其中，所述多个侧壁(2)中的至少一个设置有冷却回路(3)，配置为使得冷却介质流经其中，并且中，所述多个侧壁(2)中的、设置有冷却回路(3)的至少一个侧壁(2)与所述第一发热元件(5)接触，以冷却所述第一发热元件(5)。

Description

功率器件模块、电源模块、供电系统和车辆

技术领域

本实用新型涉及一种功率器件模块，包括这种功率器件模块的电源模块，包括这种电源模块的供电系统，以及包括这种电源模块或者包括这种供电系统的车辆。

背景技术

电动或混合动力汽车具有电驱动总成系统，需要由电源模块，例如车载电源模块进行供电。随着越来越多的紧凑型产品在车辆上的普及，电源模块的集成化和紧凑化设计需求也应运而生。

通常，电源模块中的功率器件模块垂直布置在电源模块的壳体中，壳体与功率器件模块接触的部分设置有冷却回路，为功率器件模块提供散热。然而，这种布置方式在垂直方向上的高度较高，无法满足一些集成化和紧凑化设计的需求。

因此，需要在有限的电源模块高度中布置壳体和功率器件模块，满足车辆集成化和紧凑化设计的需求，同时保证良好的散热性能。

实用新型内容

针对上文提到的问题和需求，本实用新型提出了一种功率器件模块，包括这种功率器件模块的电源模块，包括这种电源模块的供电系统，以及包括这种电源模块或者包括这种供电系统的车辆，其由于采取了如下技术特征而解决了上述问题，并带来其他技术效果。

一方面，本公开提供一种功率器件模块，包括散热构件和第一发热元件，其中，所述散热构件包括：多个侧壁；和在所述多个侧壁之间且沿安装方向贯通的容置空间，配置为沿安装方向容纳第一发热元件且所述散热构件最底部的水平不超过所述第一发热元件的最底部，其中，所述多个侧壁中的至少一个设置有冷却回路，配置为使得冷却介质流经其中，并且其中，所述多个侧壁中的、设置有冷却回路的至少一个侧壁与所述第一发热元件接触，以冷却所述第一发热元件。

变压器、电感等功率器件模块中的发热元件在工作时会产生高温，因此需要对其进行散热。传统的方式是在电源模块的壳体上设置冷却回路，然后将发热元件安装在壳体内。然而，在壳体上设置复杂的水道回路，使得压铸工艺复杂，制造成本高昂。此外，这种方式使得器件布局分散，连接线路交错斑驳，功能模块整体十分庞大，且占据壳体大量的空间，导致产品壳体尺寸较大，加工复杂且困难。同时产品总装配难度较高，需要将器件逐个装配，工序复杂，效率也不理想。不仅如此，传统方式的维修成本大，耗时长，维修和更换时需要将发热元件从壳体上拆除，这对于已组装好的电源模块而言是十分困难甚至是不可行的，因为可能发热元件已经永久焊接至壳体，无法拆除。

根据以上特征，本公开提出功率器件模块的高度集成化的解决方案，在至少一个侧壁设置供冷却介质流经其中的冷却回路，可以通过冷却介质进行更好地散热。将现有的、设置在壳体中的，或者是设置在散热构件底部的冷却回路重新设置在散热构件的侧壁中，既可以减少制造和维修更换成本，又可以确保甚至优化电源模块的散热效率。功率器件模块可以形成为一个单独的组件，与壳体彼此之间可拆卸地连接，维修成本低，并且壳体可以具有简化的结构，无需复杂的压铸工艺。

不仅如此，根据以上特征，散热构件最底部的水平不超过所述第一发热元件的最底部。例如，散热构件没有底板，散热构件的冷却回路仅设置在侧壁中。这样设置的好处在于热量只需通过两层导体(例如导热灌封胶+壳体的底板)传给冷却介质，减少一层金属壁的热阻。散热器采用无散热构件底板的设计，可以减轻高度方向的零件重量。

示例性地，冷却介质可以是水、油或醇溶液，例如乙二醇或丙二醇。

在一些示例中，所述冷却回路包括流体通道，所述流体通道配置为在安装方向上至少与所述第一发热元件部分重叠。

根据以上特征，第一发热元件在安装方向上与流体通道至少部分重叠，并且与侧壁接触，以便于第一发热元件的热量通过散热构件的侧壁和冷却回路导出。

在一些示例中，所述流体通道由在侧壁上加工的槽和封闭所述槽的盖板合围形成。

根据以上特征，流体通道可以通过槽和封闭槽的盖板合围形成，无需复杂的压铸工艺。盖板可以例如通过焊接方式与槽密封连接。

在一些示例中，所述冷却回路还包括入口和出口，所述入口和所述出口沿安装方向设置在所述散热构件的底部。

根据以上特征，冷却回路的入口和出口可以沿安装方向设置在散热构件的底部，从而冷却介质从流体通道的底部进入，降低流阻，并且便于流体通道内的残余空气排出。

在一些示例中，所述第一发热元件为变压器或电感。

可选地，可以通过灌封胶将第一发热元件密封，例如首先将第一发热元件固定在灌封模具中，向模具注入灌封胶并固化，从而使灌封胶与第一发热元件整体形成为单件。灌封胶例如可以是可固化的导热胶。

在一些示例中，所述多个侧壁中的、设置有冷却回路的至少一个侧壁包括内表面和与内表面相反的外表面，所述内表面配置为与所述第一发热元件接触，所述功率器件模块还包括第二发热元件，所述外表面配置为与第二发热元件接触。

根据以上特征，散热构件还可以进一步利用具有冷却回路的侧壁的外表面进行散热，例如在外表面设置与其接触的第二发热元件。

在一些示例中，所述第二发热元件为功率管器件，所述外表面设置有安装部，用于安装将第二发热元件紧贴在所述外表面上的压条。例如，第二发热元件可以是IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、MOS管或其他晶体管。

根据以上特征，压条可以将第二发热元件压靠在侧壁的外表面上，确保第二发热元件与侧壁的外表面紧贴。

又一方面，本公开还提供一种电源模块，包括壳体以及如前所述的功率器件模块，所述功率器件模块沿安装方向设置在所述壳体内。由于包括了如前所述的功率器件模块的全部技术特征，电源模块也具有相应的技术效果和优点。

在一些示例中，所述壳体不设置冷却回路。

根据以上特征，壳体无需设置复杂的冷却回路，结构简单，制造成本低。

在一些示例中，所述第一发热元件直接接触所述壳体的底板。

根据以上特征，在高度方向上省略了现有技术的散热构件底板，通过将第一发热元件直接接触壳体的底板，将现有的三层热传导表面(即，第一发热元件+散热构件底板+冷却通道的盖板)减少为两层热传导表面，即第一发热表面和壳体的底板。从而减小了高度方向上的尺寸。

在一些示例中，所述壳体包括与所述冷却回路流体连通的接口。

在一些示例中，还包括电路板组件，所述电路板组件安装至所述功率器件模块。

另一方面，本公开还提供一种供电系统，包括如前所述的电源模块。由于包括了如前所述的电源模块的全部技术特征，供电系统也具有相应的技术效果和优点。

再一方面，本公开还提供一种车辆，包括如前所述的电源模块，或包括如前所述的供电系统。

附图说明

图1示出了根据本公开至少一实施例的功率器件模块的立体图；

图2示出了图1所示功率器件模块的分解视图；

图3示出了图1所示功率器件模块的底视图；

图4示出了根据本公开至少一实施例的电源模块的分解视图；

图5示出了根据本公开至少一实施例的功率器件模块和电路板组件的示意图；

图6示出了根据本公开至少一实施例的电源模块的局部剖视图。

具体实施方式

为了使得本公开的技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚，下文中将结合本公开具体实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。附图中相同的附图标记代表相同的部件。需要说明的是，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

变压器、电感等功率器件模块中的发热元件在工作时会产生高温，因此需要对其进行散热。传统的方式是在电源模块的壳体上设置冷却回路，然后将发热元件安装在壳体内。然而，在壳体上设置复杂的水道回路，使得压铸工艺复杂，制造成本高昂。此外，这种方式使得器件布局分散，连接线路交错斑驳，功能模块整体十分庞大，且占据壳体大量的空间，导致产品壳体尺寸较大，加工复杂且困难。同时产品总装配难度较高，需要将器件逐个装配，工序复杂，效率也不理想。不仅如此，传统方式的维修成本大，耗时长，维修和更换时需要将发热元件从壳体上拆除，这对于已组装好的电源模块而言是十分困难甚至是不可行的，因为可能发热元件已经永久焊接至壳体，无法拆除。

针对现有技术的缺陷，本公开提出一种功率器件模块，包括这种功率器件模块的电源模块，包括这种电源模块的供电系统，以及包括这种电源模块或者包括这种供电系统的车辆。下面结合附图具体说明根据本公开内容的功率器件模块、电源模块、供电系统和车辆的优选实施方式。

本公开的目的是提出功率器件模块的高度集成化的解决方案，在至少一个侧壁设置供冷却介质流经其中的冷却回路，可以通过冷却介质进行更好地散热。功率器件模块可以形成为一个单独的组件，与壳体彼此之间可拆卸地连接，维修成本低，并且壳体可以具有简化的结构，无需复杂的压铸工艺。将现有的、设置在壳体中的，或者是设置在散热构件底部的冷却回路重新设置在散热构件的侧壁中，既可以减少制造和维修更换成本，又可以确保甚至优化电源模块的散热效率。

此外，散热器采用无散热构件底板的设计，可以减少传热热阻并且减轻高度方向的零件重量。

下面结合附图具体说明根据本公开内容的功率器件模块、电源模块、供电系统和车辆的优选实施方式。

与附图所展示的实施例相比，本公开保护范围内的可行实施方案可以具有更少的部件、具有附图未展示的其他部件、不同的部件、不同地布置的部件或不同连接的部件等。此外，在不脱离本公开的理念的情况下，附图中两个或更多个部件可以在单个部件中实现，或者附图中所示的单个部件可以实现为多个分开的部件。

如图1至图4所示，根据本公开至少一实施例的功率器件模块10，包括散热构件1、第一发热元件5、第二发热元件7和安装支架20。第一发热元件5固定连接至安装支架20，并且经由安装支架20悬挂安装在散热构件1内，如图2所示。

在以下实施例的描述中，第一发热元件为变压器或电感元件，第二发热元件可以是IGBT功率管。替代地，第一发热元件也可以是其他具有较大尺寸的发热元件，例如电容。第二发热元件也可以是其他的具有较小尺寸的发热元件，例如贴片电容或贴片电阻。第一发热元件和第二发热元件在工作时都会产生热量，因此需要设置相应的散热结构或冷却结构。

参考图6，第一发热元件5具有垂直于安装方向A的第一发热表面51。安装方向A限定为图2和图4中的从上至下的方向。在本实施例中，第一发热元件5通过导热的灌封胶30所密封固化，灌封胶30的底面形成为第一发热表面51，灌封胶30的侧面形成为第二发热表面52。第一发热元件5工作过程中产生的热量通过第一发热表面51和第二发热表面52向外发散，其中，热量主要通过第二发热表面52传递到侧壁的冷却通道带走热量，第一发热表面51作为辅助散热作用。

替代地，第一发热元件5也可以不包括灌封胶30，而且直接接触壳体8的底板81或者通过绝缘导热件(未示出)接触。

再次参考图2和图6，散热构件1包括多个侧壁2和在多个侧壁2之间且沿安装方向A贯通的容置空间4，第一发热元件5容纳在容置空间4中。多个侧壁2中的至少一个可以设置有冷却回路3，冷却回路3配置为使得冷却介质流经其中。

由于散热构件1是贯通的，因此本公开实施例的散热构件1可以不包括底板，第一发热元件5直接与壳体8的底板81接触。

第一发热元件5的多个第二发热表面52直接接触相应的多个侧壁2。

多个侧壁2中的、设置有冷却回路3的至少一个侧壁2包括与相应的第二发热表面52接触的内表面21和与内表面21相反的外表面22。如图2和图3所示，外表面22可以设置有安装部23，安装部23从外表面22向外突出，并且设置有螺孔，用于安装压条24。压条24具有弯折的形状，适配第二发热元件7的厚度，从而可以将第二发热元件7紧贴在外表面22上。

以下参考图2和图6描述第一发热元件5和第二发热元件7的安装状态，并且相应地示出了根据本公开至少一实施例的电源模块，用于为电动或混合动力汽车的电驱动总成系统提供电力。电源模块可以包括壳体8以及如前所述的功率器件模块10，功率器件模块10沿安装方向A设置在壳体8内。壳体1通过压铸工艺形成。壳体1可以不设置任何冷却回路。

首先参考图2，其示出了功率器件模块10的分解视图。在散热构件1与第一发热元件5组装之前，首先可以将第二发热元件7安装在散热构件1的侧壁2上，并且将第一发热元件5悬挂安装在安装支架20上。然后沿安装方向A将安装支架20连同第一发热元件5放置在容置空间4中。

冷却回路3可以包括流体通道6、入口31和出口32。流体通道6由在侧壁2上加工的槽61和封闭槽61的盖板62合围形成。盖板62通过焊接连接至槽61。

示例性地，在本实施例中，流体通道6可以设置在四个侧壁2的其中三个侧壁2内。替代地，也可以将四个侧壁2全部设置有流体通道6。

可选地，散热构件1还可以设置有冷却回路3的入口31和出口32，入口31和出口32沿安装方向A设置在散热构件1的底部。对应地，壳体8上也设置有与该入口31和出口32连接的接口82，接口82可以与外界冷却管路流体连通。替代地，入口31和出口32的功能可以互换。

参考图6，流体通道6与第一发热元件5的第二发热表面52在安装方向A上至少部分重叠，以冷却第二发热表面52。类似地，第二发热元件7的安装位置使得其在安装方向A上与冷却回路3至少部分重叠。

再次参考图6，第一发热元件5的第一发热表面51直接接触壳体8的底板81。可选地，在本实施例中，沿安装方向A，散热构件1最底部的水平不超过第一发热元件5的最底部，例如在本实施例中，为第一发热表面51，在图6的局部放大图中可看出。

为了提高底板81与第一发热表面51的贴合紧密度，底板81可以朝向第一发热元件5突出，以紧密贴合第一发热表面51。这一突出部分例如可以通过压铸成型或者冲压形成。需要指出的是，灌封胶30虽然是固化的，但是仍具有一定的弹性和塑性，可以适当被压缩变形，因此这种紧密的配合接触是可行的。

可选地，如图5所示，电源模块还可以包括设置在安装支架20上的电路板组件9。

在本实施例中，功率器件模块10可拆卸地连接至壳体8，例如通过螺钉连接。替代地，功率器件模块10的散热构件1和/或安装支架20也可以与壳体8一体形成，例如一体压铸形成。

又一方面，本实用新型还提出一种供电系统，包括如前所述的电源模块。供电系统例如用于电动或混合动力汽车的供电。

根据本公开的再一方面，提出了一种车辆，所述车辆包括如前所述的电源或如前所述的供电系统，且具有如前所述的功能。所述车辆可以是电气化车辆(ElectrifiedVehicle)，例如纯电动车(BEV，Battery Electric Vehicle)、混合动力车(HEV，HybridElectric Vehicle)、插电式混合动力车(PHEV，Plug-in Hybrid Electric Vehicle)、增程式电动车(Range extended EV)、燃料电池车(FCEV，Fuel Cell Electric Vehicle)。所述车辆也可以是氢能源车辆。

本文参照优选的实施例详细描述了本实用新型的功率器件模块、电源模块、供电系统和车辆的示范性实施方式，然而本领域技术人员可理解的是，在不背离本实用新型构思的前提下，可以对上述具体实施例做出多种变型和改型，且可以对本实用新型提出的各种技术特征、结构进行多种组合，而不超出本实用新型的保护范围，本实用新型的保护范围由所附的权利要求确定。

Claims (13)

1.一种功率器件模块(10)，包括散热构件(1)和第一发热元件(5)，其特征在于，所述散热构件(1)包括：

多个侧壁(2)；和

在所述多个侧壁(2)之间且沿安装方向(A)贯通的容置空间(4)，配置为沿安装方向(A)容纳第一发热元件(5)且所述散热构件(1)最底部的水平不超过所述第一发热元件(5)的最底部，

其中，所述多个侧壁(2)中的至少一个设置有冷却回路(3)，配置为使得冷却介质流经其中，并且

其中，所述多个侧壁(2)中的、设置有冷却回路(3)的至少一个侧壁(2)与所述第一发热元件(5)接触，以冷却所述第一发热元件(5)。

2.如权利要求1所述的功率器件模块(10)，其特征在于，所述冷却回路(3)包括流体通道(6)，所述流体通道(6)配置为在安装方向(A)上至少与所述第一发热元件(5)部分重叠。

3.如权利要求2所述的功率器件模块(10)，其特征在于，所述流体通道(6)由在侧壁(2)上加工的槽(61)和封闭所述槽(61)的盖板(62)合围形成。

4.如权利要求2或3所述的功率器件模块(10)，其特征在于，所述冷却回路(3)还包括入口(31)和出口(32)，所述入口(31)和所述出口(32)沿安装方向(A)设置在所述散热构件(1)的底部。

5.如权利要求1所述的功率器件模块(10)，其特征在于，所述第一发热元件(5)为变压器或电感。

6.如权利要求1所述的功率器件模块(10)，其特征在于，所述多个侧壁(2)中的、设置有冷却回路(3)的至少一个侧壁(2)包括内表面(21)和与内表面(21)相反的外表面(22)，所述内表面(21)配置为与所述第一发热元件(5)接触，所述功率器件模块(10)还包括第二发热元件(7)，所述外表面(22)配置为与第二发热元件(7)接触。

7.如权利要求6所述的功率器件模块(10)，其特征在于，所述第二发热元件(7)为功率管器件，所述外表面(22)设置有安装部(23)，用于安装将第二发热元件(7)紧贴在所述外表面(22)上的压条(24)。

8.一种电源模块，其特征在于，包括壳体(8)以及如权利要求1至7中任一项所述的功率器件模块(10)，所述功率器件模块(10)沿安装方向(A)设置在所述壳体(8)内。

9.如权利要求8所述的电源模块，其特征在于，所述第一发热元件(5)直接接触所述壳体(8)的底板(81)。

10.如权利要求8所述的电源模块，其特征在于，所述壳体(8)包括与所述冷却回路(3)流体连通的接口(82)。

11.如权利要求8所述的电源模块，其特征在于，还包括电路板组件(9)，所述电路板组件(9)安装至所述功率器件模块(10)。

12.一种供电系统，其特征在于，包括如权利要求8至11中任一项所述的电源模块。

13.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求8至11中任一项所述的电源模块，或包括如权利要求12所述的供电系统。