一种浸入式水冷功率模块装置、散热控制方法及设计方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种浸入式水冷功率模块装置、散热控制方法及设计方法，包括壳体，所述壳体包括底座，以及设置于底座的顶外壳；冷却系统模块，所述冷却系统模块包括设置于壳体的进出水口，以及冷却管道；功率模块，所述功率模块包括设置于底座与顶外壳之间的水冷功率半导体模块，以及设置于水冷功率半导体模块的若干个扰流柱。该散热控制方法为实时获取工作状态下功率模块的工作温度T；将获取的工作温度T与预设温度阈值比较，判断采取不同散热模式。该设计方法是通过设定底部和顶部的冷却管道的尺寸，确定流量一致。本发明专利技术通过设定功率模块的散热模式和尺寸，从而在提高功率模块散热效率的同时，达到减小能耗的目的。达到减小能耗的目的。达到减小能耗的目的。

An immersion water cooling power module device, cooling control method and design method

【技术实现步骤摘要】
一种浸入式水冷功率模块装置、散热控制方法及设计方法


[0001]本专利技术涉及新能源汽车
，特别涉及一种浸入式水冷功率模块装置、散热控制方法及设计方法。

技术介绍

[0002]近年来，新能源汽车在飞速发展，与传统燃油车和弱混动力车相比，电动汽车少了发动机和启停系统，但多出了电池、电机、电控核心部件以及车载DCDC、电空调驱动、车载充电器(OBC)等电力电子装置。它们将动力电池所存储的电能转化为驱动电机、车载低压用电设备、空调电机所需的电能。这都离不开能够实现电能转换和控制的功率模块。核心部件中电池和驱动电机代替燃油车的燃油和发动机，为车辆的行驶提供澎湃的动力。此时，电机控制器通过功率模块的转换，将动力电池中的直流电转变为交流电，为驱动电机提供电能。随着新能源汽车不断地发展，芯片也在不断的更新升级，芯片升级进化后，功率模块作用到逆变器中时还需考虑到散热效率。高电压、高电流带来的热积累，可能导致功率器件被击穿或烧毁。提升散热效率，就可以减小功率器件失效的可能性。
[0003]现有技术的不足之处在于，目前传统的功率模块散热方式主要有两种：功率模块光面铝板涂敷导热界面材料，紧贴水道上方的水冷板的间接散热方式，中间形成的热阻大，散热效果差；功率模块单面做成扰流柱，扰流柱浸入水道中，单面扰流柱散热效果比间接散热好一些，但在功率模块散热大时也不能达到最优的散热效果。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的克服现有技术存在的不足，以对功率模块的散热效率进行进一步提升。
[0005]为实现以上目的，采用一种浸入式水冷功率模块装置、散热控制方法及设计方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]一种高效节能的浸入式双面水冷功率模块装置，包括：
[0007]壳体，所述壳体包括底座，以及设置于底座的顶外壳；
[0008]冷却系统模块，所述冷却系统模块包括设置于壳体的进出水口，以及冷却管道；
[0009]功率模块，所述功率模块包括设置于底座与顶外壳之间的水冷功率半导体模块，以及设置于水冷功率半导体模块两侧面的若干个扰流柱。
[0010]作为本专利技术的进一步的方案：所述进出水口包括设置于底座一侧的进水口，以及设置于底座另一侧的出水口。
[0011]作为本专利技术的进一步的方案：所述冷却管道包括设置于顶外壳与水冷功率半导体模块之间的顶部冷却管道、设置于底座与水冷功率半导体模块之间的底部冷却管道，以及布置于底座的回流冷却管道，所述回流冷却管道两端分别连接于顶部冷却管道和出水口。
[0012]作为本专利技术的进一步的方案：所述出水口处设置有第一阀门，所述顶部冷却管道与底部冷却管道首端连通处设置有第二阀门，所述顶部冷却管道与底部冷却管道尾端连通
处设置有第四阀门，所述顶部冷却管道与回流冷却管道连通处设置有第三阀门。
[0013]作为本专利技术的进一步的方案：所述水冷功率半导体模块侧边设置有信号端子和功率端子。
[0014]一种包括如上任一项所述的一种高效节能的浸入式双面水冷功率模块装置的散热控制方法，具体步骤包括：
[0015]实时获取工作状态下功率模块的工作温度T；
[0016]将获取的工作温度T与预设温度阈值比较，判断采取不同散热模式。
[0017]作为本专利技术的进一步的方案：所述将获取的工作温度T与预设温度阈值比较，判断采取不同散热模式的具体步骤为：
[0018]将获取的工作温度T与预设温度阈值比较；
[0019]当工作温度T不超过预设温度阈值T1时，采用打开第一阀门、第二阀门、第四阀门，关闭第三阀门，进行扰流散热；
[0020]当工作温度T大于预设温度阈值T1且小于预设温度阈值T2时，采用打开第一阀门，关闭第二阀门、第三阀门、第四阀门，进行扰流散热；
[0021]当工作温度T大于预设温度阈值T2时，采用打开第三阀门，第四阀门，关闭第一阀门、第二阀门，进行扰流散热。
[0022]一种包括如上所述的一种高效节能的浸入式双面水冷功率模块装置的冷却管道设计方法，具体步骤包括：
[0023]获取功率模块装置的底部冷却管道的宽度a与高度b1，以及设定顶部冷却管道的宽度a与高度b2，计算底部冷却管道与顶部冷却管道的当量直径d1与d2；
[0024]根据底部冷却管道与顶部冷却管道的水头损失一致，得到底部冷却管道与顶部冷却管道的水头损失关系；
[0025]根据根据底部冷却管道与顶部冷却管道的流量一致，得到冷却管道的冷却液流速关系；
[0026]根据水头损失关系和冷却液流速关系，得到顶部冷却管道的高度。
[0027]作为本专利技术的进一步的方案：所述水头损失关系具体为：
[0028]冷却管道的沿程水头损失公式为：
[0029][0030]冷却管道的局部水头损失公式为：
[0031][0032]底部冷却管道与顶部冷却管道的水头损失关系公式为：
[0033]P
f1
+P
m1
＝P
f2
+P
m2
；
[0034]其中，c为沿程阻力系数，β为局部阻力系数，l
p
为管道的长度，ρ为冷却液的密度，v为冷却液的流速，d为冷却管道的当量直径，P
f1
、P
m1
、P
f2
、P
m2
分别为底部冷却管道与顶部冷却管道的沿程水头损失和局部水头损失。
[0035]作为本专利技术的进一步的方案：所述根据水头损失关系和冷却液流速关系，得到顶部冷却管道的高度的具体步骤包括：
[0036]所述冷却液流速关系公式为：
[0037][0038]根据水头损失关系公式，得到底部冷却管道的高度为：
[0039][0040]其中，m＝c1l1(a+b1)，n＝4ab1β+b1，g＝ac2l2。
[0041]与现有技术相比，本专利技术存在以下技术效果：
[0042]通过采用上述的技术方案，该功率模块装置利用设置的壳体，且该壳体内布置水冷功率半导体模块，该功率板设置不同类型的冷却管道，且通过若干个控制阀门进行控制。从而形成不同模式下的持续散热的效果。且通过对内部的冷却管道进行尺寸设计，从而使得整个装置顶部冷却管道和底部冷却管道流量一致，提高功率模块的散热效率。不同类型的冷却管道进行串联或者并联，可以在提高功率模块散热效率的同时，达到减小能耗的目的。
附图说明
[0043]下面结合附图，对本专利技术的具体实施方式进行详细描述：
[0044]图1为本申请公开的一些实施例的浸入式双面水冷功率模块装置的结构示意图；
[0045]图2为本申请公开的一些实施例的冷却管道的回流冷却管道的结构示意图；
[0046]图3为本申请公开的一些实施例的浸入式双面水冷功率模块装置的阀门控制示意图；
[0047]图4为本申请公开的一些实施例的功率模块的单管功率模块示意图；
[0048本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高效节能的浸入式双面水冷功率模块装置，其特征在于，包括：壳体(1)，所述壳体包括底座(11)，以及设置于底座的顶外壳(12)；冷却系统模块(2)，所述冷却系统模块包括设置于壳体的进出水口(21)，以及冷却管道(22)；功率模块(3)，所述功率模块包括设置于底座与顶外壳之间的水冷功率半导体模块(31)，以及设置于水冷功率半导体模块两侧面的若干个扰流柱(32)。2.根据权利要求1所述一种高效节能的浸入式双面水冷功率模块装置，其特征在于，所述进出水口包括设置于底座一侧的进水口(211)，以及设置于底座另一侧的出水口(212)。3.根据权利要求2所述一种高效节能的浸入式双面水冷功率模块装置，其特征在于，所述冷却管道包括设置于顶外壳与水冷功率半导体模块之间的顶部冷却管道(221)、设置于底座与水冷功率半导体模块之间的底部冷却管道(222)，以及布置于底座的回流冷却管道(223)，所述回流冷却管道两端分别连接于顶部冷却管道和出水口。4.根据权利要求3所述一种高效节能的浸入式双面水冷功率模块装置，其特征在于，所述出水口处设置有第一阀门(41)，所述顶部冷却管道与底部冷却管道首端连通处设置有第二阀门(42)，所述顶部冷却管道与底部冷却管道尾端连通处设置有第四阀门(44)，所述顶部冷却管道与回流冷却管道连通处设置有第三阀门(43)。5.根据权利要求3所述一种高效节能的浸入式双面水冷功率模块装置，其特征在于，所述水冷功率半导体模块侧边设置有信号端子(33)和功率端子(34)。6.一种包括如权利要求1至5任一项所述的一种高效节能的浸入式双面水冷功率模块装置的散热控制方法，其特征在于，具体步骤包括：实时获取工作状态下功率模块的工作温度T；将获取的工作温度T与预设温度阈值比较，判断采取不同散热模式。7.根据权利要求6所述一种高效节能的浸入式双面水冷功率模块装置的散热控制方法，其特征在于，所述将获取的工作温度T与预设温度阈值比较，判断采取不同散热模式的具体步骤为：将获取的工作温度T与预设温度阈值比较；当工作温度T不超过预设温度阈值T1时，采用打开第一阀门、第二阀门、第四阀门，关闭第三阀门，...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙全斌，张明亮，谢地林，
申请(专利权)人：厦门钧科电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：