用于电力电气设备的U形冷却模块的制作方法

用于电力电气设备的u形冷却模块
技术领域
1.本发明涉及电气设备的冷却的领域，特别是用于车辆，特别是用于电动或混合动力车辆。更具体地，本发明涉及冷却模块，特别是用于电力电气设备，特别是dc-dc电压转换器、充电器，或者逆变器。


背景技术：

2.如已知的，电力电气设备可以包括至少一个功率电子模块。应当指出，术语“功率电子模块”应当被理解为指的是一种组件，所述组件包括电能流经其中的部件。这些部件可以包括电子开关，例如半导体晶体管，其布置在电路中使得允许电能的受控流动。特别地，部件是裸半导体芯片，对于裸半导体芯片，单个主体实现封装，例如物理包装。换句话说，功率电子模块是包括多个半导体芯片的组件，所述多个半导体芯片形成被封装在单个包装中的电路。
3.此外，根据现有技术，电动或混合动力车辆包括流体冷却回路，其被配置为靠近待冷却的电气设备(特别是电力电气设备)引导冷却流体(特别是液态水)。具体地，有效的冷却使得可以特别地改善电力电气设备的紧凑性。
4.为此，冷却系统被用于冷却电力电气设备中的每一个，并且通常必须满足在尺寸、可接取性和冷却效力方面的许多限制。
5.举例来说，文件us 2018219488 a1描述了一种电力电气设备，其包括这种冷却系统、支架，以及待冷却的多个电气部件。由文件us 2018219488 a1所描述的冷却系统包括两个冷却模块，其提供四个主要热交换表面，以便有效地冷却所述多个电气部件。
6.然而，由文件us 2018219488 a1所描述的支架包括在支架的质量中形成的通道，所述通道被配置为流体地连接两个冷却模块，使得这种支架的生产复杂且昂贵。具体地，这种支架的实施包括昂贵的模制技术，特别是使用型芯的重力铸造工艺，并且包括进行大量测试，特别是在制造电力电气设备的过程结束时的泄漏测试，而且，在所述泄漏测试失败的事件中，该实施是昂贵的。此外，使用型芯的重力铸造工艺可以在被模制零件的表面上产生杂质，杂质可降低包括这些被模制零件的系统的性能。
7.此外，用于冷却电力电气设备的系统包括多个密封件的使用。希望尽可能减少密封区域，以便减少冷却流体泄漏的可能性。
8.为了至少部分地克服这些缺点，希望冷却系统确保功率电子模块的有效冷却，而同时具有有限组的待密封的区域，从而减少与冷却流体的泄漏相关联的风险。此外，希望冷却系统与具有高生产率和/或低工业制造成本的制造工艺相符。
9.因此，本发明提出一种被配置为冷却电气模块，特别是功率电子模块的u形冷却模块。


技术实现要素：

10.更具体地，本发明涉及一种冷却模块，配置为冷却至少一个电气模块，特别地旨在
被车载地安装在电动或混合动力机动车辆上。冷却模块包括两个流体入口/出口孔，以及形成于冷却模块中的冷却通道。两个流体入口/出口孔分别向冷却模块传递冷却流体以及从冷却模块排放冷却流体。所述冷却通道具有u形部段，其形成两个分支部，两个流体入口/出口孔中的一个和另一个分别终结于两个分支部中的一个和另一个，使得所述冷却通道确保了冷却流体在两个流体入口/出口孔之间的u形流通，冷却模块在适于允许所述至少一个电气模块的密封插入的两个分支部之间包括至少一个容置部，以通过热传导冷却所述至少一个电气模块，该热传导通过在冷却模块的每个分支和所述至少一个电气模块的两个相对的外部面之间分别实现的机械接触来进行。
11.因此，本发明具有通过提供四个热交换表面来改善冷却效力的显著优点，所述四个热交换表面中的两个旨在于彼此相对的两个外部面上通过热传导来冷却所述至少一个电气模块。
12.有利地，冷却模块包括主体、上板和下板。主体具有基本上h形的部段，并且包括中心部分、上外部面和下外部面，主体在上外部面和下外部面的每一个上基本上敞开，上板和下板分别抵靠上外部面和下外部面，使得由中心部分和上板以及由中心部分和下板所分别划界的自由容积分别限定了冷却通道的两个分支部中的一个和另一个。这种构造使得可以限制加工操作，并且可以使用与高生产率相符的简单的铸造工艺用于制造冷却模块。
13.有利地，冷却模块包括内板，中心部分包括形成于中心部分中的一个或多个切口以及联接到该一个或多个切口的肩部表面，肩部表面部分地围绕中心部分的周边延伸，内板以密封的方式支承抵靠肩部表面，以在中心部分与内板之间形成所述至少一个容置部。
14.有利地，中心部分包括内柱体，使得所述至少一个容置部包括被内柱体彼此分开的多个容置部。
15.有利地，容置部的数量等于三。
16.有利地，所述至少一个容置部是贯通容置部。
17.有利地，主体包括被模制的部件，特别是通过砂型铸造或高压模制的工艺被模制的部件。
18.根据本发明的一个实施例，本发明涉及包括至少一个电气模块以及冷却模块的电气组件。
19.根据本发明的另一实施例，本发明涉及电力电气设备，特别是被配置为车载地安装在电动或混合动力车辆上，包括电气组件，所述至少一个电气模块包括多个功率电子模块，所述电力电气设备形成逆变器、dc-dc电压转换器或充电器。
20.根据本发明的一个方面，本发明涉及一种制造包括至少一个电气模块以及冷却模块的电气组件的方法，所述冷却模块包括冷却通道、至少一个容置部、主体、上板、下板和内板，所述冷却通道具有形成两个分支部的u形部段，主体具有基本上h形的部段并且包括中心部分、上外部面和下外部面，中心部分包括肩部表面，所述方法包括以下连续步骤：
[0021]-模制并加工主体；
[0022]-将所述至少一个电气模块横向地插入所述至少一个容置部的每个容置部中；
[0023]-将内板以密封的形式抵靠肩部表面紧固，以便封闭所述至少一个容置部；
[0024]-将上板和下板分别抵靠主体的上外部面和下外部面紧固，使得分别形成冷却通道的两个分支部的每一个。
附图说明
[0025]
在阅读通过示例给出的以下描述并且参考通过非限制性示例给出的以下附图，本发明将被更好地理解，其中对相似的物体给予相同的附图标记。在附图中：
[0026]
图1示出了根据本发明的冷却模块的视图；
[0027]
图2示出了根据本发明的冷却模块的截面图；
[0028]
图3示出了根据本发明的冷却模块的分解视图；
[0029]
应当注意，附图详细地解释了本发明，以便实施本发明，当然，如果必要，所述附图可以用于更好地限定本发明。
具体实施方式
[0030]
本发明涉及一种冷却模块，配置为冷却至少一个电气模块，并且特别地旨在被车载地安装在电动或混合动力机动车辆上。包括了冷却模块和所述至少一个电气模块的组件将被称为电气组件。此外，下面将在电气组件被配置为整合到电力电气设备中的情况下描述本发明，所述电力电气设备特别是逆变器、充电器，或者dc-dc电压转换器。在这种情况下，所述至少一个电气模块特别地对应于多个功率电子模块。然而，这不构成对于此特别应用的限制。
[0031]
参考图2和图3，根据本发明的冷却模块1包括两个流体入口/出口孔12以及形成于冷却模块1中的冷却通道11。两个流体入口/出口孔12被配置为分别向冷却模块1传递冷却流体和从冷却模块1排放冷却流体。冷却流体通常包括液态水。
[0032]
此外，冷却通道11具有u形部段，其形成两个分支部。两个流体入口/出口孔12中的一个和另一个分别向两个分支部中的一个和另一个敞开。因此，冷却通道11确保冷却流体在两个流体入口/出口孔12之间的u形流通。结果，冷却模块1具有由两个分支部中的每一个的两个相对侧所限定的至少四个主要热交换表面。冷却模块1特别地可以具有五个热交换表面，包括形成位于冷却通道11的两个分支部中的一个与另一个之间的连结部的部分的外横向表面。
[0033]
两个流体入口/出口孔12优选地沿着两个分支部中的每一个各自的轴线定位。另一个可能的构造是将两个流体入口/出口孔12定位为垂直于两个分支部中的每一个各自的轴线。两个流体入口/出口孔12优选地位于冷却模块1的同一个面上，以便简化冷却模块1在电力电气设备中的布置。
[0034]
如图1至图3所示，冷却模块1在两个分支部之间包括至少一个容置部13。所述至少一个容置部13适于允许所述至少一个电气模块2的密封插入。换句话说，所述至少一个容置部13适于允许所述至少一个电气模块2插入，同时允许电气模块2相对于冷却通道11的密封。因此，所述至少一个电气模块2借助于机械接触通过热传导被冷却，所述机械接触在冷却模块1的每个分支部和所述至少一个电气模块2的两个相对的外部面之间分别实现。与所述至少一个电气模块2一次仅有一个面被冷却的冷却构造相比，这样的冷却构造已经改善了冷却的效力。换句话说，冷却模块1的四个主要热交换表面中的两个表面冷却所述至少一个电气模块2。
[0035]
此外，所述至少一个容置部13的密封特性使得可以在其中插入不一定密封的电气模块，因此减少了相关联的成本。电气模块是例如由tml类型的环氧树脂模制形成的标准电
气模块，tml类型代表“转移模制引线框(transfer moulded leadframe)”。
[0036]
优选地，可以在所述至少一个电气模块2与冷却模块1之间，特别是在所述至少一个电气模块2的与冷却模块1接触的一个或两个外部面上，具有热界面材料(tim)。因此，在所述至少一个电气模块2与冷却模块1之间的接触表面面积，以及随之的通过所述至少一个电气模块2的热传导的冷却效力被改善。
[0037]
此外，参考图1至图3，冷却模块1可以包括主体14、上板15，以及下板16。主体14特别地具有基本上h形的部段。主体14包括中心部分141。中心部分141对应于连接基本上h形部段的两个分支部的中心部段。h形部段是在横向于冷却通道11的延伸方向的平面中截取的。特别地，基本上h形的部段的尺寸根据所希望的冷却模块1的冷却效力以及所希望的流体系统中的压降值而设计。
[0038]
此外，主体14特别地包括上外部面142和下外部面143，使得主体14在上外部面142和下外部面143中的每一个上都大致敞开。然后，上板15和下板16分别地抵靠上外部面142和下外部面143。因此，由中心部分141和上板15、以及由中心部分141和下板16所分别界定的自由容积分别限定了冷却通道11的两个分支部中的一个和另一个。
[0039]
上述具有基本上h形部段的主体14的以及上板15和下板16的制造比作为单件式零件的冷却模块1的制造更容易实现。主体14特别地形成为一件。通常，制造工艺由各种类型的工艺(特别是铸造、成型、机加工和组装)之间的妥协得到，以便尽可能地减少制造成本并增加生产率。特别地，所描述的主体14使得可以限制加工操作，并且可以使用与高生产率相符的简单的铸造工艺。主体14特别地可以包括通过砂型铸造或高压模制的工艺被模制的部件。此外，上板15、下板16和内板17可以使用冲压工艺制造。
[0040]
此外，上文限定的并参考图2和图3的中心部分141包括在中心部分141中形成的一个或多个切口以及联接到该一个或多个切口的肩部表面144。肩部表面144部分地围绕中心部分141的周边延伸。为了将所述至少一个容置部13与冷却通道11以密封的方式隔离，冷却模块1于是可以包括内板17，该内板17以密封的方式支承抵靠所述肩部表面144。因此，在中心部分141与内板17之间的一个或多个自由容积形成所述至少一个容置部13。
[0041]
对内板17的使用还使得可以简化制造包括冷却模块1和所述至少一个电气模块2的电气组件的方法。
[0042]
内板17优选的包括密封装置，特别是密封件，以便在冷却通道11与所述至少一个容置部13之间建立密封。在使用了fsw(“搅拌摩擦焊”)焊接技术的情况下，还可以通过组装装置来建立密封。
[0043]
此外，参考图2，上板15、下板16和内板17，还有主体14的面146可以包括被引导朝向冷却通路11内部的形状或突起，用于热耗散的目的。例如，可以使用翅片板或尖状物形式的突起。因此，冷却流被扰动，并且组装的部件的热耗散被改善。
[0044]
参考图1至图3，中心部分141可以包括内柱体145，使得所述至少一个容置部13包括被内柱体145彼此分开的多个容置部。内柱体145特别地形成h形状的横梁。容置部的数量特别地对应于所述至少一个电气模块2的电气模块的数量。容置部的数量特别地可以等于三。换句话说，为了形成三个容置部，两个内柱体是必需的。
[0045]
内柱体145的使用有利地有助于冷却模块1的机械强度。此外，内柱体145使得可以加强对肩部表面144的平坦度的控制，比没有内柱体的情况更加精确。控制肩部表面144的
平坦度涉及控制设置在所述至少一个电气模块2与内板17之间布置的热界面材料的厚度。热界面材料的厚度被减少得越多，所述至少一个电气模块2通过热传导的冷却就越有效。这改善了冷却模块1的冷却效力。
[0046]
此外，使用内柱体145使得更容易将内板17以密封的方式抵靠中心部分141放置在位。
[0047]
如以上所解释的，所述至少一个容置部13希望地敞开到冷却模块1的至少一个侧向面，从而使得可以将所述至少一个电气模块2侧向地插入所述至少一个容置部13中。特别地，所述至少一个容置部13可以是贯穿容置部，换句话说，其敞开到冷却模块1的两个相对的横向面上。贯穿容置部有利地使得可以在冷却模块1的两侧上电连接所述至少一个电气模块2。例如，在逆变器或充电器的情况下，所述至少一个电气模块2的一侧可以包括ac类型的连接部，而所述至少一个电气模块2的相对侧可以包括dc类型的连接部。
[0048]
此外，主体14优选地包括使用传统模制技术所模制的零件，所述传统模制技术特别是砂型铸造，这与高生产率相符并且使得所带来的制造成本的降低。
[0049]
回想，电气组件有利地包括冷却模块1和所述至少一个电气模块2。所述至少一个电气模块2优选地包括多个功率电子模块，其数量特别地对应于容置部的数量。因此，电气组件可以形成电力电气设备(特别是逆变器、dc-dc电压转换器、或充电器)的一部分，其被配置为车载地安装在电动或混合动力车辆上。
[0050]
如上文表述的，根据本发明的冷却模块1具有四个主要热交换表面，包括两个内表面和两个外表面。两个内表面确保所述至少一个电气模块2的冷却。此外，电力电气设备可以包括需要被冷却的额外的电气部件，特别是电容模块。因此，冷却模块1的两个外表面特别地可以有助于所述额外电气部件通过热传导进行的冷却。
[0051]
根据本发明的一个方面，一种制造电气组件的方法优选地包括以下连续步骤：
[0052]-模制并加工主体14；
[0053]-将所述至少一个电气模块2的每个侧向地插入所述至少一个容置部13的每个容置部中；
[0054]-将内板17以密封的方式抵靠肩部表面144紧固，以便封闭所述至少一个容置部13；
[0055]-将上板15和下板16分别抵靠主体14的上外部面142和下外部面143紧固，使得分别形成冷却通道11的两个分支部的每一个。
[0056]
此外，主体14的模制可以有利地通过两个半模和传统的模制技术实现。
[0057]
根据本发明的冷却模块的技术优点在下文中详述。
[0058]
根据本发明的冷却模块通过提供四个热交换表面而具有改善的冷却效力，其中两个热交换表面旨在于彼此相对的两个外部面上冷却所述至少一个电气模块。本发明因此使得冷却回路的单个部分可以被分享以便冷却多个电气部件。
[0059]
冷却模块包括两个流体入口/出口孔，其彼此靠近并且在冷却模块的同一个面上敞开，使得更容易相对于冷却模块外部的冷却系统(特别是相对于车辆的冷却系统)定位并连接冷却模块。
[0060]
根据本发明的冷却模块还具有减少制造成本以及与高生产率相符的显著优点。冷却模块的以堆叠各种元件(特别是主体以及内板、上板和下板)的形式的构造使得冷却模块
的制造、组装和和测试的过程更加容易。更一般地说，冷却模块的这种构造使得更容易制造包括冷却模块的电气组件。
[0061]
此外，本发明具有模块化的优点，并且因此使得更容易将设备标准化。这还有助于高生产率的实施以及并行生产线。
[0062]
还可以注意到，本发明使得可以使用未密封的功率电子模块，因此减少了电气组件的制造成本。
[0063]
本发明使得可以在电气组件上独立于其他旨在作为电气组件被包括在同一个电力电气设备中的可能的电气部件(特别是电容模块)执行泄漏测试。
[0064]
因此，如果检测到密封系统的故障，则只有电气组件将被废弃。在现有技术中，序言中所描述的电力电气设备的设计不允许这种测试被分开执行。因此，现有技术中的电力电气设备在密封方面是以其整体被测试，并且，如果检测到密封问题，则整个电力电气设备必须被废弃。
[0065]
结果，本发明从电力电气设备(特别是逆变器、充电器和dc-dc电压转换器)的工业生产的角度来看具有显著优点，而同时使得可以确保待冷却的电气部件被有效地冷却。