功率模组、功率转换设备及光伏系统的制作方法

本申请涉及电力电子，尤其涉及到一种功率模组、功率转换设备及光伏系统。

背景技术：

1、功率转换在光伏发电、未来储能、电站等应用场景发挥着中重要作用，功率转换设备可以对电能进行逆变处理后输出，最终进入终端或并入电网。在实际使用场景中，要求功率转换设备在电网故障或波动状态下仍能够稳定的运行，并且，要求功率转换设备具有良好的瞬态能力。因此，对功率转换设备的核心部件——功率模组提出较高的性能要求，功率模组需要具有较好的抗过载能力。

2、在相关技术中，功率模组主要有塑胶壳体封装(housing)和模塑封装(molding)两种封装形态。对于这两种封装形态，功率模组中芯片等电子元件的散热路径主要在下方。但是，由于下方焊料、基板、导热硅脂等材料自身的热阻以及各界面热阻的限制，上述两种封装形态的功率模组在瞬态大过载工况下的散热能力不足，使功率模组的抗过载能力较差，导致功率转换设备的使用寿命下降甚至损坏，制约光伏发电、未来储能、电站等技术的进一步发展。

技术实现思路

1、本申请提供了一种功率模组、功率转换设备及光伏系统，能够满足功率模组在过载时的短时间散热需求，可以提高功率模组的抗过载能力。

2、第一方面，本申请提供一种功率模组，该功率模组包括封装模块以及热管理装置；封装模块包括通过封装结构封装的多个电子元件；热管理装置包括壳体以及填充于壳体内的压缩气体，壳体具有用于排出压缩气体的排气口，排气口与封装模块外的空间相连通；热管理装置用于释放压缩气体以吸收封装模块的热量。

3、上述功率模组，为封装模块配置热管理装置，采用压缩气体被释放时急剧膨胀吸热的原理可以快速为封装模块降温，能够满足功率模组在过载时的短时间散热需求，从而可以提高功率模组的抗过载能力，也可以提高模组的使用寿命。相较于传统的散热方式，散热效率更高。

4、一种实施例中，壳体固定于封装结构，壳体的外表面的至少一部分与封装结构接触，排气口避让壳体的外表面与封装结构接触的部分。热管理装置与封装模块之间具有相对稳定的连接关系，方便封装模组的应用，热传导效果也更好。

5、一种实施例中，封装结构的外表面包括安装面，壳体的外表面包括第一区域和第二区域；壳体通过第一区域安装于安装面，排气口在壳体的外表面的端口位于第二区域。壳体安装于封装结构外表面，方便的布置与安装，尤其适用于可更换的热管理装置。

6、一种实施例中，封装结构的外表面设置有容置凹槽，容置凹槽的内壁构成安装面，壳体至少部分容置于容置凹槽内。热管理装置与封装结构之间的接触面积增大可以提高热传导效率，有利于减小热管理装置与电子元件之间的热传导距离，也可以增强热管理装置与封装模块之间的连接稳定性。

7、一种实施例中，排气口朝向封装结构的外表面，排气口的排气方向与封装结构的外表面呈锐角设置。压缩气体自壳体内被释放出时形成的气流可以吹拂封装结构的表面，加快封装结构的表面与环境之间的传热，也可以加强封装模块的散热。

8、一种实施例中，壳体固定于封装结构内，封装结构包括排气通道，排气通道的一端与壳体的排气口连通、另一端与封装结构的外表面连通，保证气流的顺畅喷出。利用封装结构本身占用的空间布局热管理装置，可以减小功率模组的体积，有利于实现器件小型化。

9、一种实施例中，排气通道的延伸长度大于或等于壳体的排气口与封装结构的外表面之间的最短距离。以尽可能使热管理装置中的压缩气体在模组过载时快速排出以膨胀吸热。

10、一种实施例中，功率模组包括支架，支架的一端固定于封装模块，热管理装置的壳体固定于支架，壳体与封装模块之间不接触，排气口朝向封装模块。将热管理装置的壳体内的压缩气体释放，压缩气体在排气口与封装模块之间急速膨胀时吸收封装模块的热量，实现对封装模块的散热。同时，压缩气体经排气口排出并吹向封装模块，可以加快封装模块的表面与环境之间的传热，也可以加强封装模块的散热。

11、一种实施例中，热管理装置包括补气管，补气管与壳体的内部空间连通，补气管用于向壳体内通入气体。热管理装置的压缩气体被释放后，热管理装置的功效消失，根据需要通过向壳体内补气的方式恢复热管理装置，以应对下一次可能发生的过载现象，可以循环使用。

12、一种实施例中，排气口设置有泄压结构，泄压结构用于在设定条件下导通排气口；设定条件包括壳体的内部压力达到泄压结构所能承载的压力最大值或功率模组的温度达到泄压结构的熔点。泄压结构为一种被动释放压缩气体的方案，实施便捷有效，成本低。其中，泄压结构包括安全阀、爆破片、易熔塞等结构中的至少一种。

13、一种实施例中，排气口设置有电控阀组件；电控阀组件用于在功率模组的温度达到预设值时导通排气口。可以通过温度传感器、电流表中的一种或多种等设备监控功率模组的状态，并根据检测结果控制电控阀组件动作。电控阀组件为一种主动释放压缩气体的方案，控制更为精准。

14、一种实施例中，封装模块还包括基板，多个电子元件设置于基板的表面，封装结构封装基板和多个电子元件；沿垂直于基板的方向，热管理装置在基板的表面的正投影与多个电子元件至少部分交叠。电子元件与热管理装置之间具有较短的直线距离，有利于提高热量传递的速度，从而提升模组过载时的散热速率。

15、第二方面，本申请提供一种功率转换设备，功率转换设备包括电路板以及如上述第一方面提供的任意一种功率模组，功率模组与电路板电连接。将该功率模组应用于功率转换设备，可以提高功率转换设备的抗过载能力，提高功率转换设备的运行稳定性与可靠性。

16、第三方面，本申请提供一种功率转换设备，功率转换设备包括电路板、功率模组以及热管理装置，功率模组与电路板电连接；热管理装置包括壳体以及填充于壳体内的压缩气体，壳体具有用于排出压缩气体的排气口；壳体固定于电路板，排气口朝向功率模组的封装结构。热管理装置采用压缩气体被释放时急剧膨胀吸热的原理可以快速为功率模组降温，可以提高功率转换设备的抗过载能力，提高功率转换设备的运行稳定性与可靠性。

17、第四方面，本申请提供一种光伏系统，光伏系统包括光伏组件和光伏逆变器，光伏逆变器的输入端与所述光伏组件连接，光伏逆变器的输出端用于连接电网和/或负载；光伏逆变器包括如第一方面提供的任意一种功率模组，或光伏逆变器为第二方面或第三方向所提供的功率转换设备。将该功率模组应用于光伏系统时，可以应对电网波动造成功率模组过载的问题，使光伏产品能够更为稳定地工作。

1.一种功率模组，其特征在于，所述功率模组包括封装模块以及热管理装置；

2.如权利要求1所述的功率模组，其特征在于，所述壳体固定于所述封装结构，所述壳体的外表面的至少一部分与所述封装结构接触，所述排气口避让所述壳体的外表面与所述封装结构接触的部分。

3.如权利要求2所述的功率模组，其特征在于，所述封装结构的外表面包括安装面，所述壳体的外表面包括第一区域和第二区域；

4.如权利要求3所述的功率模组，其特征在于，所述封装结构的外表面设置有容置凹槽，所述容置凹槽的内壁构成所述安装面，所述壳体至少部分容置于所述容置凹槽内。

5.如权利要求2-4任一项所述的功率模组，其特征在于，所述排气口朝向所述封装结构的外表面，所述排气口的排气方向与所述封装结构的外表面呈锐角设置。

6.如权利要求2所述的功率模组，其特征在于，所述壳体固定于所述封装结构内，所述封装结构包括排气通道，所述排气通道的一端与所述壳体的排气口连通、另一端与所述封装结构的外表面连通。

7.如权利要求6所述的功率模组，其特征在于，所述排气通道的延伸长度大于或等于所述壳体的排气口与所述封装结构的外表面之间的最短距离。

8.如权利要求1所述的功率模组，其特征在于，所述功率模组包括支架，所述支架的一端固定于所述封装模块，所述热管理装置的所述壳体固定于所述支架，所述壳体与所述封装模块之间存在间距，所述排气口朝向所述封装模块。

9.如权利要求1-8任一项所述的功率模组，其特征在于，所述热管理装置包括补气管，所述补气管与所述壳体的内部空间连通，所述补气管用于向所述壳体内通入气体。

10.如权利要求1-9任一项所述的功率模组，其特征在于，所述排气口设置有泄压结构，所述泄压结构用于在设定条件下导通所述排气口；

11.如权利要求1-9任一项所述的功率模组，其特征在于，所述排气口设置有电控阀组件；

12.如权利要求1-11任一项所述的功率模组，其特征在于，所述封装模块还包括基板，所述多个电子元件设置于所述基板的表面，所述封装结构封装所述基板；

13.一种功率转换设备，其特征在于，所述功率转换设备包括电路板以及如权利要求1-12中任一项所述的功率模组，所述功率模组与所述电路板电连接。

14.一种功率转换设备，其特征在于，所述功率转换设备包括电路板、功率模组以及热管理装置，所述功率模组与所述电路板电连接；

15.一种光伏系统，其特征在于，所述光伏系统包括光伏组件和光伏逆变器，所述光伏逆变器的输入端与所述光伏组件连接，所述光伏逆变器的输出端用于连接电网和/或负载；