車用電子控制單元及其集成系統的低阻水冷裝置的製作方法

2023-10-18 05:38:59

專利名稱：車用電子控制單元及其集成系統的低阻水冷裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種車用電子設備及其集成系統的水冷卻裝置， 具體地說，它涉及的是一種電子設備耗熱元器件的水冷卻裝置。
背景技術：
自從矽集成電路問世以來，電路的集成度幾何級增長，相應地， 每個晶片產生的熱量也大幅度增加。功率增加，體積縮小，熱密度急 劇上升，電子設備的溫度迅速增高，從而電子設備的故障越來越多，
集成電路的散熱問題已經成為電力驅動汽車動力控制單元(PCU，包括 DC/DC、 DC/AC、 DCL等)小型化的關鍵，控制單元的進步直接影響和 制約著電力驅動汽車的發展。隨著控制單元功率擴大、體積減小， 其電流電壓隨之增大，其中如二極體、IGBT等各種元器件的發熱量 越來越高，其工作環境要求比較高，傳統的對流冷卻越發不能滿足日 益增長的散熱要求，其巨大的結構、重量嚴重阻礙了電氣系統的集成 化發展進程。採用水冷卻能夠極大地提高散熱效果，大大減小電氣集 成系統體積、重量，節約能源。
隨著汽車工業的發展，能源短缺成為現今最為關注的問題，使用 代替能源的各類汽車應運而生，其中尤以電動汽車風頭最勁，車輛電 氣系統要求更高的集成度、更高的功率供應、更輕量、小型的設計， 高效低阻水冷裝置的作用在此得到了最佳的體現。
發明內容
本實用新型要解決的技術問題是提供一種車用電子控制單元及 其集成系統的低阻水冷裝置，全面替代風冷系統，彌補現有水冷系統 應用單一、效率不高的缺點，該水冷裝置效率高、水阻低、安裝使用 方便、不影響電子設備內部結構。
為實現上述目的，本實用新型的技術方案是
一種車用電子控制單元及其集成系統的低阻水冷裝置，包括水冷 基板、橡膠墊、蓋板三大部分。基板上表面緊貼電氣系統發熱元件， 基板側面設有冷卻液進口和冷卻液出口 ，基板內部設有冷卻液流道， 橡膠墊位於基板和蓋板之間，並與基板和蓋板耐壓密封固定。
基板內部的冷卻液流道由柱形束通道、矩形通道、管形通道組成， 並根據散熱要求進行組合，用於散熱和減少阻力。 基板的柱形截面採用菱形或正方形結構。 基板、橡膠墊、蓋板之間通過螺栓或者焊接固定連接。 電氣系統發熱元件通過螺栓和導熱矽脂緊密地貼合在基板表面。 本實用新型的有益效果是
本實用新型具有高效的散熱效果、低阻力、耐壓、抗震、使用安全。
橡膠墊形狀結構完全根據不同的基板結構進行設計，能夠在耐壓 密封的主要功能上起到局部緩衝的作用，滿足不同的工況需求，將發 熱器件直接貼於基板，熱量通過導熱矽脂和接觸面導入基板內部，再 由冷卻液(水)完全帶出。基板內部的組合式結構有效地減小熱阻和
水阻，能夠快速、高效地將熱量傳遞給冷卻液(水)並帶出。其附件 冷卻液進出口安裝和管路連接都非常方便。


圖1是本實用新型結構立體分解示意圖2是圖1中A處基板內部柱形束橫截面結構放大圖3是水冷基板內部結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖與實施例對本實用新型作進一步的描述。 如圖1所示，本實用新型它包括基板3、橡膠墊4、蓋板5、冷 卻液進口6、冷卻液出口7，其中橡膠墊4在基板3和蓋板5之間， 冷卻液出口 6和進口 7在基板3上，為通用標準接口。其中基板3作 為直接和發熱元件接觸的部分，是本實用新型的最重要部分，其內部 冷卻液流道包括了柱形束通道、矩形通道、管形通道等多種形式的流 道(圖3所示)。
本實用新型的結構特點-
由於車輛實用的工況比較特殊，所以不僅要求水冷裝置能有效 地、節能地調節PCU的工作溫度，而且對水冷裝置的重量、體積、強 度、壽命等也有比較高的要求。考慮到以上因素，本實用新型的主體 ——基板3在採用了高效的菱形截面柱束結構(圖2所示)的基礎上， 在某些散熱要求相對較低的區域採用直接水衝刷的扁平狀矩形通道， 是高熱流、低阻力、高強度的優化配合，其背面貼發熱元件l， 2的 部位要求高平整度和光潔度；採用高溫橡膠墊4的形狀完全根據基板
3的結構進行一體化設計，與基板3緊密貼合能有效地在規定的壓力 範圍內(-5bar—5bar)防止水道滲漏，在車輛運行過程中能起到一 定的緩衝作用，保護PCU和水冷裝置本身；蓋板5為結構簡單的薄板， 用螺栓將其與橡膠墊4和基板3壓緊，或者採用焊接方式與基板連接。 本實用新型的工作原理
將不同形狀結構的發熱元件1、 2固定在基板3上(固定方式可 採用膠接、焊接或螺栓連接等多種方式，將發熱量大的元件固定在柱 形束通道背面光滑平整處，發熱量較小的元件固定在矩形通道背面光 滑平整處)，熱量從結合處通過熱傳導帶到基板3內部的強化傳熱結 構上； 一定流量的冷卻水經由外部供水系統進入到冷卻液進口6，在 柱形束通道處達到湍流狀態，能夠高效地將熱由傳導帶進的熱通過強 制對流換熱吸收；柱形束通道與矩形通道之間的過渡面採用低流阻漸 擴漸縮結構，冷卻水在矩形通道內流過時吸收通道上部的熱，其效率 相比柱形束通道要低，但能滿足一部分發熱較低的元件的散熱要求， 這種矩形通道結構的優點在於，熱元件與冷卻水道之間的基板厚度較 厚，使流道內流體達到湍流流速，加強換熱能力，同時，比較厚的基 板背面可以進行打孔、焊接、打磨等操作，對PCU元器件的安裝極為 有利，更能加強水冷裝置的強度和耐壓能力；冷卻水經過了對所有熱 源的吸收後，可由冷卻液出口 7連接到外部的散熱器將其冷卻。
橡膠墊4採用彈性的高溫橡膠材料，其形狀要求貼合基板3內部 的流道，有效防止各流道的串流(流體不按照規定的程序流動，經由 縫隙流到其他區域)，使各處受力均勻分布，有效減少應力，增加緩
衝。
蓋板5的作用主要是密封，其薄板結構可以減少水冷裝置自身的 重量、體積，也能將冷卻水的一部分熱量散入環境。
為了配合PCU在車輛上的安裝，本實用新型的基板3和蓋板5適 當增加凸出的安裝孔，蓋板5呈倒凹形，螺栓置於凹槽內，凸出部分 與車架平穩連接。
權利要求1.一種車用電子控制單元及其集成系統的低阻水冷裝置，包括水冷基板(3)、橡膠墊(4)、蓋板(5)三大部分，基板(3)上表面緊貼電氣系統發熱元件(1，2)，其特徵在於，所述基板(3)側面設有冷卻液進口(6)和冷卻液出口(7)，基板(3)內部設有冷卻液流道，所述橡膠墊(4)位於基板(3)和蓋板(5)之間，並與基板(3)和蓋板(5)耐壓密封固定。
2. 根據權利要求1所述的車用電子控制單元及其集成系統的低阻水 冷裝置，其特徵在於，所述基板(3)內部的冷卻液流道由柱形束通 道、矩形通道、管形通道組成，並根據散熱要求進行組合，用於散熱 和減少阻力。
3. 根據權利要求1或2所述的車用電子控制單元及其集成系統的低 阻水冷裝置，其特徵在於，所述基板(3)的柱形截面採用菱形或正 方形結構。
4. 根據權利要求1所述的車用電子控制單元及其集成系統的低阻水 冷裝置，其特徵在於，所述基板(3)、橡膠墊(4)、蓋板(5)之間 通過螺栓或者焊接固定連接。
5. 根據權利要求1所述的車用電子控制單元及其集成系統的低阻水 冷裝置，其特徵在於，電氣系統發熱元件(1， 2)通過螺栓和導熱矽 脂緊密地貼合在所述基板(3)表面。
專利摘要本實用新型公開了一種車用電子控制單元及其集成系統的低阻水冷裝置，包括水冷基板、橡膠墊、蓋板三大部分。基板上表面緊貼電氣系統發熱元件，基板側面設有冷卻液進口和冷卻液出口，基板內部設有冷卻液流道，橡膠墊位於基板和蓋板之間，並與基板和蓋板耐壓密封固定。本實用新型具有高效的散熱效果、低阻力、耐壓、抗震、使用安全等特點。
文檔編號H05K7/20GK201000883SQ20062004937
公開日2008年1月2日 申請日期2006年12月22日 優先權日2006年12月22日
發明者鋼 萬, 偉 樂, 倪淮生, 許思傳, 陳建利 申請人:上海燃料電池汽車動力系統有限公司