CN222017070U - 一种散热模组及功率变换设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种散热模组及功率变换设备，包括功率模组和散热模块；功率模组包括功率器件和承载功率器件的散热基板；散热模块包括用于填充冷却介质的冷却腔体，冷却腔体的腔壁上开设有连通冷却孔，散热基板设置于冷却腔体的外腔壁且与连通冷却孔相对布置，散热基板用于承载功率器件的一侧板面相对其所在的冷却腔体的外腔壁向外凸出预设距离。实际应用过程中，功率器件的热量通过散热基板传递至冷却介质，基于散热基板和冷却介质的直接接触散热，减小了热阻，提升了功率器件的散热效果，有助于提高功率设备的运行效率和运行安全性。

Description

一种散热模组及功率变换设备

技术领域

本实用新型涉及散热结构技术领域，尤其涉及一种散热模组及功率变换设备。

背景技术

现有的逆变器和PCS(PCS是Power Convert System的缩写，指功率转换系统)等功率变换设备主要采用风冷散热，随着功率变换设备的功率密度不断提高，IGBT等功率器件的损耗也随之大幅增加，现有的散热系统无法满足高密度功率器件的散热需求，导致功率器件经常因散热不良降低运行效率，甚至发生被烧毁的现象，降低了功率设备的运行安全性。

因此，如何提高功率设备的运行效率和运行安全性，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种散热模组及功率变换设备，以提高功率设备的运行效率和运行安全性。

为了实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：

一种散热模组，包括功率模组和散热模块；所述功率模组包括功率器件和承载所述功率器件的散热基板；所述散热模块包括用于填充冷却介质的冷却腔体，所述冷却腔体的腔壁上开设有连通冷却孔，所述散热基板背离所述功率器件的一侧设置于所述冷却腔体的外腔壁且与所述连通冷却孔相对布置，以使所述散热基板与所述连通冷却孔相对的散热板面与所述冷却腔体内的冷却介质接触；

其中，所述散热基板用于承载所述功率器件的一侧板面相对其所在的所述冷却腔体的外腔壁向外凸出预设距离。

可选地，所述散热基板朝向所述连通冷却孔的板面面积大于所述连通冷却孔的流通截面积。

可选地，所述散热基板朝向所述连通冷却孔的一面设置有与所述连通冷却孔的外边缘相适配的第一定位结构；和/或，所述连通冷却孔的外边缘设置有与所述散热基板相适配的第二定位结构。

可选地，所述散热基板配置为VC均温板；或，所述散热基板上额外配置有VC均温板。

可选地，所述冷却腔体的外壁设置有第一辅助散热结构，和/或所述散热基板上设置第二辅助散热结构；

其中，所述第一辅助散热结构和第二辅助散热结构包括散热翅片、散热管、散热凸台、散热凹槽、散热肋片或者毛细结构。

可选地，所述第一辅助散热结构为散热翅片，所述散热翅片设有与所述冷却腔体连通的散热腔体。

可选地，所述冷却介质为相变储能介质，所述散热模组还包括冷凝器，所述冷凝器和所述冷却腔体通过冷却管路连通，且所述冷凝器位于所述冷却腔体的上方；

或，所述冷却介质为非相变介质，所述散热模组还包括换热器和循环泵，所述换热器与所述冷却腔体通过循环管路连通，且所述循环泵设置于所述循环管路上。

可选地，所述功率器件通过连接层与所述散热基板固定连接；

其中，所述连接层包括焊接层或者粘结层。

相比于背景技术介绍内容，上述散热模组，在实际应用过程中，通过散热基板承载功率器件，由于散热模块的冷却腔体内填充有冷却介质，并且冷却腔体的腔壁上开设有连通冷却孔，散热基板背离功率器件的一侧设置于冷却腔体的外腔壁且与连通冷却孔相对布置，从而使得散热基板与连通冷却孔相对的散热板面能够与冷却腔体内的冷却介质接触，因此，功率器件的热量通过散热基板传递至冷却介质，基于散热基板和冷却介质的直接接触散热，减小了热阻，提升了功率器件的散热效果，有助于提高功率设备的运行效率和运行安全性；另外，由于散热基板用于承载功率器件的一侧板面相对其所在的冷却腔体的外腔壁向外凸出预设距离，使得功率模组从散热模块上拆装时抓取更加方便，便于拆装，并且能够增大散热基板与外界空气环境的接触面积，从而使得散热模块在不运行或者运行异常的工况下，能够提升散热基板与空气的换热效率，保证散热模组的散热效率。

另外，本实用新型还提供了一种功率变换设备，包括第一箱体、第二箱体和散热模组，其中，所述散热模组为上述任一方案所描述的散热模组；所述散热模组的功率模组设置于所述第一箱体中，所述散热模块设置于所述第二箱体中。由于前述散热模组具有上述技术效果，因此具有该散热模组的功率变换设备也应具有相应的技术效果，在此不再赘述。

可选地，所述第二箱体内设置有至少用于对散热模块进行散热的风道，所述第二箱体中还设置有用于驱动气流在所述风道中流动的风机。

可选地，还包括电抗器，所述电抗器、所述散热模块和所述风机均设置于所述第二箱体的风道路径上。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例所提供的一种功率模组和散热模块的装配结构示意图；

图2为本实用新型实施例所提供的一种功率模组的结构示意图；

图3为本实用新型实施例所提供的一种散热基板在散热模块上的定位结构示意图；

图4为本实用新型实施例所提供的另一种散热基板在散热模块上的定位结构示意图；

图5为本实用新型实施例所提供的另一种功率模组的结构示意图；

图6为本实用新型实施例所提供的一种设置散热翅片的散热模块结构示意图；

图7为本实用新型实施例所提供的另一种设置散热翅片的散热模块结构示意图；

图8为本实用新型实施例所提供的一种采用相变储能介质的冷却介质的功率变换设备结构示意图；

图9为本实用新型实施例所提供的一种采用非相变介质的冷却介质的功率变换设备结构示意图；

图10为本实用新型实施例所提供的一种将功率模组设置在第一箱体，将散热模块设置在第二箱体的结构示意图；

图11为本实用新型实施例所提供的一种将功率模组设置在第一箱体，将散热模块设置在外部的结构示意图；

图12为本实用新型实施例所提供的另一种将功率模组设置在第一箱体，将散热模块设置在外部的结构示意图。

其中，100为功率模组，101为功率器件，102为散热基板，1021为封装基板，1022为外部基板，103为连接层，104为第二辅助散热结构，200为散热模块，201为冷却腔体，201a为连通冷却孔，202为第一辅助散热结构，300为冷凝器，400为换热器，500为循环泵，600为第一箱体，700为第二箱体，701为风机，800为电抗器。

具体实施方式

有鉴于此，本实用新型的核心在于提供一种散热模组及功率变换设备，以提高功率设备的运行效率和运行安全性。

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，显然，所描述的实施例仅仅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。

如图1至图12所示，本实用新型实施例公开了一种功率变换设备，包括功率模组100和散热模块200。

其中，功率模组100包括功率器件101和承载功率器件101的散热基板102；散热模块200包括用于填充冷却介质的冷却腔体201，冷却腔体201的腔壁上开设有连通冷却孔201a，散热基板102背离功率器件101的一侧设置于冷却腔体201的外腔壁且与连通冷却孔201a相对布置，以使散热基板102与连通冷却孔201a相对的散热板面与冷却腔体201内的冷却介质接触；另外，散热基板102用于承载功率器件101的一侧板面相对其所在的冷却腔体201的外腔壁向外凸出预设距离。

该散热模组，在实际应用过程中，通过散热基板102承载功率器件101，由于散热模块200的冷却腔体201内填充有冷却介质，并且冷却腔体201的腔壁上开设有连通冷却孔201a，散热基板102背离功率器件101的一侧设置于冷却腔体201的外腔壁且与连通冷却孔201a相对布置，从而使得散热基板102与连通冷却孔201a相对的散热板面能够与冷却腔体201内的冷却介质接触，因此，功率器件101的热量通过散热基板102传递至冷却介质，基于散热基板102和冷却介质的直接接触散热，减小了热阻，提升了功率器件101的散热效果，有助于提高功率设备的运行效率和运行安全性；另外，由于散热基板102用于承载功率器件101的一侧板面相对其所在的冷却腔体201的外腔壁向外凸出预设距离，使得功率模组100从散热模块200上拆装时抓取更加方便，便于拆装，并且能够增大散热基板102与外界空气环境的接触面积，从而使得散热模块200在不运行或者运行异常的工况下，能够提升散热基板102与空气的换热效率，保证散热模组的散热效率。

需要说明的是，本实用新型对上述冷却腔体201中冷却介质的液量不作具体限定，只要是能够满足散热要求的液量均属于本实用新型保护范围内；可选地，本实用新型实施例所提供的冷却介质的液位高于连通冷却孔201a的上边缘高度，以实现更好的散热效果。另外，该冷却腔体201具体可以为冷板、换热器、散热器、蒸发器、均温板等内部腔体填充有冷却介质且具有热交换功能的腔体结构，只要能够实现热交换功能即可，具体结构形式不做更具体的限定。

此外，上述连通冷却孔201a在散热基板102上的垂直投影不超过散热基板102的板面，也即散热基板102朝向连通冷却孔201a的板面面积大于连通冷却孔201a的流通截面积，以防止连通冷却孔201a的开孔尺寸过大导致散热基板102无法贴合设置在连通冷却孔201a的边缘外壁上；散热基板102的底部边缘区域与冷却腔体201的表面贴合接触，通过焊接、胶粘、压接、法兰连接或者设置密封圈等方式实现散热基板102和冷却腔体201之间的密封连接。

在一些具体的实施方案中，上述散热基板102朝向连通冷却孔201a的一面可以设置有与连通冷却孔201a的外边缘相适配的第一定位结构；同理，连通冷却孔201a的外边缘也可以设置有与散热基板102相适配的第二定位结构。其中第一定位结构和第二定位结构可以根据实际需求选择布置一个，也可以选择同时布置。比如，参照图3所示，连通冷却孔201a的外边缘设置第二定位结构，散热基板102嵌装与该第二定位结构内；又比如，参照图4所示，散热基板102上设置第一定位结构，该第一定位结构嵌装于连通冷却孔201a内。通过设计上述第一定位结构和/或第二定位结构，使得散热基板102安装至连通冷却孔201a处定位更加方便，能够更好的保证安装精度。

需要说明的是，上述第一定位结构和第二定位结构，实际应用过程中，具体可以设计成台阶结构，又或者是台阶以外的其他定位结构形式，比如，定位孔与定位块配合、定位槽与定位块配合或者沉台与阶梯面的配合等形式，只要是能够满足定位需求的结构形式均属于本实用新型保护范围内。

需要说明的是，上述散热基板102具体可以配置为VC均温板；又或者是在功率模组100自身的散热基板102上额外配置VC均温板。通过将散热基板102设计成上述结构形式，能够提升散热基板102的热交换效率。

更进一步地，如图5所示，散热模块200的外壁设置第一辅助散热结构202，散热基板102上设置第二辅助散热结构104，以通过第一辅助散热结构202增加散热模块200的散热面积，从而获得更好的散热效果，通过第二辅助散热结构104增强散热基板102和冷却介质之间的换热效果，进一步提高散热效果。

应当理解，上述第一辅助散热结构202和第二辅助散热结构104均可以是散热翅片、散热管、散热凸台、散热凹槽、散热肋片或者毛细结构等类型结构，只要是能够满足使用要求的结构类型均属于本实用新型保护范围内。

在第一辅助散热结构202为散热翅片时，散热翅片可以直接设置在散热模块200的外壁，也可以设置为能够与冷却腔体201连通的中空结构，只要是能够满足使用要求的设置方式均属于本实用新型保护范围内。

可选地，如图6所示，在本实用新型一具体实施例中，第一辅助散热结构202为散热翅片，散热翅片是片状，散热翅片设置在散热模块200背离功率模组100一侧的外壁上，通过散热模块200增大散热模块200的散热面积，获得更好的散热效果。

如图7所示，在本实用新型另一具体实施例中，散热翅片设有与冷却腔体201连通的散热腔体，冷却介质能够由冷却腔体201流动至散热腔体中，增大冷却介质的流通面积，提高散热效果。

进一步地，如图8所示，上述冷却介质为相变储能介质，散热模组还包括冷凝器300，冷凝器300和散热模块200的冷却腔体201通过冷却管路连通，且冷凝器300位于冷却腔体201的上方，以在功率器件101发热时，冷却腔体201起到蒸发器的作用，冷却介质吸收功率器件101的热量，使冷却介质由液相转变为气相，密度减小，基于压差作用，气相的冷却介质沿冷却管路向上进入冷凝器300，在冷凝器300中放热冷凝变为液相，并在重力的作用下通过冷却管路回流至散热模块200中，实现循环。

需要说明的是，本实用新型对上述冷凝器300的具体高度不作限定，只要是能够满足使用要求的高度均属于本实用新型保护范围内；可选地，为保证较好的散热效果，上述冷凝器300的高度不低于散热模块200的冷却腔体201的高度。

如图9所示，在本实用新型另一具体实施例中，冷却介质为非相变介质，散热模组还包括换热器400和循环泵500，换热器400与散热模块200的冷却腔体201通过循环管路连通，且循环管路上设置循环泵500，功率器件101发热时，冷却介质吸收热量，通过换热器400将热量传递至外部环境中，在循环泵500的驱动下实现循环。在该种应用场景下，散热基板用于承载功率器件的一侧板面相对其所在的冷却腔体的外腔壁向外凸出预设距离的设计的优点更为明显，由于散热基板102暴露在冷却腔体201外侧的部分能够增大散热基板102与外界空气环境的接触面积，能够提升散热基板与空气的换热效率，保证散热模组的散热效率，实现低功率场景下仅靠散热基板102与空气的热交换即可实现自冷散热，而液冷循环泵不启动，进而节约了循环泵500的寿命，实现设备寿命的极大延长。

需要说明的是，参照图3，上述功率器件101通过连接层103与散热基板102固定连接，连接层103可以是焊接层或者粘结层等类型，只要是能够满足固定要求的类型均属于本实用新型保护范围内。

另外，参照图3，上述散热基板102可以是功率器件101自身的封装基板1021，如IGBT模块中的DBC衬底或/和铜基板，或者IGBT单管等分立器件中的基板或者引线框架等；也可以包括封装基板1021和外部基板1022，其中，外部基板1022是在封装基板1021的基础上再额外布置的基板结构，该外部基板1022设置于封装基板1021远离功率器件101的一侧，主要用于起到散热和安装等作用；另外需要说明的是，散热基板102可以是金属、陶瓷或者塑料等材质，外部基板1022可以与封装基板1021采用同种材料或者不同种材料，封装基板1021和外部基板1022均可以设计成单层，也可以二者中的至少一者设计为多层，彼此之间的材料可以相同或者不相同，只要是能够满足使用要求即可。

另外，本实用新型还提供了一种功率变换设备，包括第一箱体600、第二箱体700和散热模组，其中，散热模组为上述任一方案所描述的散热模组；该散热模组的功率模组100设置于第一箱体600中，第一箱体600为防护等级较高的密闭箱体，以满足功率变换设备的防护等级要求；散热模块200设置于第二箱体700中。由于上述散热模组具有前述技术效果，因此具有该散热模组的功率变换设备也应具有相应的技术效果，在此不再赘述。

在一些具体的实施方案中，参照图10和图11，上述第二箱体700内可以设置有至少用于对散热模块进行散热的风道，第二箱体700中还设置有风机701。该风机701用于驱动气流在风道中流动，以形成换热风道，加强散热模块200的散热效果。

另外，上述功率变换设备还可以包括电抗器800，电抗器800、散热模块200和风机701均设置于第二箱体700的风道路径上，从而使得风机701及其所在的风道不仅能够对散热模块200进行散热冷却，还能够对电抗器800进行散热冷却。其中，电抗器800及散热模块200对应的散热器件只要位于风道的散热路径即可，具体位置不做更具体的限定。

比如，参照图10所示，第一箱体600和第二箱体700呈左右布置，且散热模块200采用第一辅助散热结构202(具体可以是散热翅片等结构)进行散热时，风机701、第一辅助散热结构202和电抗器800可以设计成沿风道自下而上依次布置，风机701布置与进风口，在风机701的驱动下，外界气流进入风道后，先对第一辅助散热结构202进行冷却，然后对电抗器800进行散热冷却，当然也可以设计成其他布置顺序，实际应用过程中，可以根据实际需求进行具体配置。

又比如，参照11所示，第一箱体600和第二箱体700呈自下而上布置，且散热模块200的冷却腔体201采用冷凝器300进行散热冷却时，风机701、冷凝器300和电抗器800可在风道内自进风口向出风口依次布置。

需要说明的是，当上述散热模块200采用换热器400、循环泵500及循环管路对冷却腔体201进行散热时，可以将整个散热模块200安装于第二箱体700内。

另外需要说明的是，本实用新型所提供的功率变换设备可以是光伏逆变器、PCS或者风电变流器等功率变换设备，因此，本实用新型对该功率变换设备的具体类型不作限定。

本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有设定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (11)

1.一种散热模组，其特征在于，包括功率模组(100)和散热模块(200)；所述功率模组(100)包括功率器件(101)和承载所述功率器件(101)的散热基板(102)；所述散热模块(200)包括用于填充冷却介质的冷却腔体(201)，所述冷却腔体(201)的腔壁上开设有连通冷却孔(201a)，所述散热基板(102)背离所述功率器件(101)的一侧设置于所述冷却腔体(201)的外腔壁且与所述连通冷却孔(201a)相对布置，以使所述散热基板(102)与所述连通冷却孔(201a)相对的散热板面与所述冷却腔体(201)内的冷却介质接触；

其中，所述散热基板(102)用于承载所述功率器件(101)的一侧板面相对其所在的所述冷却腔体(201)的外腔壁向外凸出预设距离。

2.如权利要求1所述的散热模组，其特征在于，所述散热基板(102)朝向所述连通冷却孔(201a)的板面面积大于所述连通冷却孔(201a)的流通截面积。

3.如权利要求1所述的散热模组，其特征在于，所述散热基板(102)朝向所述连通冷却孔(201a)的一面设置有与所述连通冷却孔(201a)的外边缘相适配的第一定位结构；和/或，所述连通冷却孔(201a)的外边缘设置有与所述散热基板(102)相适配的第二定位结构。

4.如权利要求1所述的散热模组，其特征在于，所述散热基板(102)配置为VC均温板；或，所述散热基板(102)上额外配置有VC均温板。

5.如权利要求1所述的散热模组，其特征在于，所述冷却腔体(201)的外壁设置有第一辅助散热结构(202)，和/或所述散热基板(102)上设置第二辅助散热结构(104)；

其中，所述第一辅助散热结构(202)和第二辅助散热结构(104)包括散热翅片、散热管、散热凸台、散热凹槽、散热肋片或者毛细结构。

6.如权利要求5所述的散热模组，其特征在于，所述第一辅助散热结构(202)为散热翅片，所述散热翅片设有与所述冷却腔体(201)连通的散热腔体。

7.如权利要求1所述的散热模组，其特征在于，所述冷却介质为相变储能介质，所述散热模组还包括冷凝器(300)，所述冷凝器(300)和所述冷却腔体(201)通过冷却管路连通，且所述冷凝器(300)位于所述冷却腔体(201)的上方；

或，所述冷却介质为非相变介质，所述散热模组还包括换热器(400)和循环泵(500)，所述换热器(400)与所述冷却腔体(201)通过循环管路连通，且所述循环泵(500)设置于所述循环管路上。

8.如权利要求1所述的散热模组，其特征在于，所述功率器件(101)通过连接层(103)与所述散热基板(102)固定连接；

其中，所述连接层包括焊接层或者粘结层。

9.一种功率变换设备，其特征在于，包括第一箱体(600)、第二箱体(700)和散热模组，其中，所述散热模组为如权利要求1-8中任一项所述的散热模组；所述散热模组的功率模组(100)设置于所述第一箱体(600)中，所述散热模块(200)设置于所述第二箱体(700)中。

10.如权利要求9所述的功率变换设备，其特征在于，所述第二箱体(700)内设置有至少用于对散热模块(200)进行散热的风道，所述第二箱体(700)中还设置有用于驱动气流在所述风道中流动的风机(701)。

11.如权利要求10所述的功率变换设备，其特征在于，还包括电抗器(800)，所述电抗器(800)、所述散热模块(200)和所述风机(701)均设置于所述第二箱体(700)的风道路径上。