用于電力電子設(shè)備和電池冷卻的具有焊接管的緊湊型鋁換熱器的制造方法
【專利摘要】由具有內(nèi)翅片和/或外翅片的焊接扁平管制造、用于冷卻電力電子設(shè)備和/或電池單元的緊湊型型換熱器。翅片插入物被預(yù)制并手動或自動插入扁平管中，用于增強流體湍流且由此提高熱擴散。翅片插入物的翅片具有波浪或波狀形狀，且通過沖壓或波紋成型制造。扁平管從片材彎曲形成，且在其較小的一側(cè)沿其長度方向焊接以增強管的機械強度。管由核心合金制造，其包含0.3-1.8wt％Mn，0.25-1.2wt％Cu，≥0.02wt％Mg，≥0.01wt％Si，≥0.05wt％Fe，≤0.25wt％Cr，余量鋁以及不可避免的至多0.05wt％的雜質(zhì)。翅片插入物由鋁合金制造，鋁合金包括0-3wt％Mn，0-1.5wt％Fe，0-1.5wt％Cu，0-1.5wt％Mg，0-1.0wt％Si，0-4wt％Zn，0-1wt％Ni及分別為0-0.3wt％的Zr、Ti、Cr。緊湊型輕量換熱器尤其適用于混合動力和/或電動車輛中。
【專利說明】用于電力電子設(shè)備和電池冷卻的具有焊接管的緊湊型鋁換熱器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種適用于發(fā)熱的電子元件或電池單元的熱量管理的換熱器或冷卻器。本發(fā)明尤其適合作為一種用于混合電力車(HEV)或電動車(EV)中的電力列車的換熱器，然而其同樣適用于冷卻各種電子元件的其它【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]為了確保混合電力車輛中電力電子裝置(power electric device)的可靠性，電力電子組件所產(chǎn)生的熱量需要擴散掉。電力電子裝置的基板典型地具有三層；形成電路電連接的金屬蝕刻軌道，中間層，即陶瓷類型的電絕緣材料板，以及連接到電子組件以便于散熱和提供機械支撐的稱為散熱器(heat spreader)的金屬板。一種選擇為具有作為散熱片(heat sink)而用于空氣冷卻的外翅片的擠出型散熱片，散熱片連接至散熱器，以用于更有效地散熱。在汽車電力電子裝置中，散熱片可以是流體冷卻的，并且設(shè)計成使用多端口鋁擠出物或者包含機械加工的微通道的冷板。作為換熱器一部分的散熱片同樣可由其中嵌有銅管的鋁塊制造而成。當制造用于HEV/EV的組件冷卻器時需要擴散大量的熱量，目前為止僅使用擠出或者折疊的管。
[0003]使用扁平鋁工件板材精確加工微通道的成本基本上隨著需要流動路徑的尺寸和復(fù)雜性而增長。用于機動車的換熱器或者部件冷卻器通常具有擠出成型或者通過將銅焊覆蓋條折疊成例如B形而形成的冷卻管，接下來在組裝換熱器時將這些管釬焊到密封管中。它們同樣還可以通過將一排沖壓的金屬板釬焊在一起形成，當釬焊時提供整合套的冷卻管/通道、聯(lián)管箱(header)和回管，即所謂的沖壓外圈(drawn cup)板設(shè)計。
[0004]US7571759公開了一種在堆疊式冷卻器中使用由壓制成型的鋁板形成的管的換熱器，其中多個冷卻管布置和堆疊的方式使得能夠交替地用冷卻管插入電子元件。壓制成型的板與中間板釬焊在一起在內(nèi)部有高壓時存在泄漏的風險。電子元件通常通過陶瓷板和導(dǎo)熱油脂安裝在冷卻管上而與其接觸，其昂貴的工藝和不靈活的設(shè)計使其容易遭受腐蝕的影響。
[0005]擠出管形成散熱片通常需要鋅涂層，為擠出管提供足夠的耐腐蝕性。在釬焊過程中，鋅擴散進入到擠出管材料中，所得的鋅的濃度梯度可提供腐蝕保護。然而，這種管的抗腐蝕法同樣會引起不期望的鋅在角焊縫(fillet)中的分離。因此，盡管這種方法能夠保護管，但是不可避免地加速了焊縫的腐蝕。相反，由于其它機械機制如棕色條帶、銅濃度型材、鈦條帶等被用于增強軋鋁釬焊板材料的抗腐蝕性能，它們不會遭受前面提到的與換熱器相關(guān)的由于使用擠出成型多口管而產(chǎn)生的角焊縫腐蝕。
[0006]對于扁平設(shè)計的液體冷卻換熱器，可以使用包括兩個集管(manifold)以用于輸入和輸出冷卻液體、并且通過多個在US7571759的圖3中所示的冷卻管的相互連接。這些形成散熱片的擠出的冷卻管由于擠出工藝的需要而具有相對較厚的內(nèi)翅片，因此相當重(需要更多的材料)。[0007]擠出成型管的壁不能做得太薄，因為這意味著換熱器的重量和成本將提高。冷卻管優(yōu)選地做成扁平的，這樣的設(shè)計使得需要冷卻的組件可以直接地安裝在管表面上，不需要中間散熱器或者在必要時能夠從兩個側(cè)面冷卻位于兩個管之間的元件，這樣設(shè)計的換熱器如在US7571759的圖1中舉例說明的更加緊湊。
[0008]為了能夠生產(chǎn)多端口擠出管，還存在著關(guān)于設(shè)計自由度的限制，因為需要最小化連接板的厚度與高度比。
[0009]專利申請US2008/0185130公開了一種用于車輛換熱器的擠出成型的冷卻管。該冷卻管具有與所述管一起擠出成型的多個內(nèi)部肋或翅片，用于增強熱擴散。這種設(shè)計不會導(dǎo)致最小化的材料消耗，以及使換熱器具有更薄的中間壁和減輕的重量。
[0010]更優(yōu)選地，更薄和更輕的扁平管可以如US7571759的圖6中所舉例說明的通過先單獨制作外部和中間板，然后再將它們彼此連接而制成，它們中間還包括有翅片。
[0011]由于材料的可成形性的需求，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)US7571759圖6中的沖壓外圈設(shè)計冷卻管需要全軟質(zhì)釬焊覆層(clad)材料，其反過來易于核心腐蝕。
[0012]這種沖壓外圈管設(shè)計存在著最終管的硬度降低的問題，因為為了使最終的管保持良好的平面度(flatness)以提供連接元件之間最好的接觸，采用較軟的金屬和/或合金用于彎曲。承受液體壓力作用的沖壓外圈管可能沿彎曲的邊緣發(fā)生泄漏。因此需要提供一種不受這些缺點限制的管，其可以提供較高的換熱效率。用于沖壓外圈設(shè)計管的翅片插入物不會提供最佳的冷卻劑流。
[0013]為了在兩個側(cè)面提供更緊湊的冷卻元件安裝和冷卻，冷卻管在縱向方向和橫向方向上或者冷卻管的整個長度的非彎曲及扭曲處的平面度為一個基本的特征。這對于已知的具有薄外側(cè)板的沖壓外圈管來說是難以實現(xiàn)的，因為這種沖壓外圈管承受的較高的內(nèi)部流體壓力會使外側(cè)管殼發(fā)生變形。因此，通過這種已知類型的沖壓外圈管無法實現(xiàn)高效換熱所需要的最好的平面度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明的目的是提供一種具有最小化的重量和增強的換熱能力的換熱器，其可以有效地調(diào)節(jié)集成在換熱器中的電子元件的溫度。本發(fā)明的其它目的是另外一種類型的扁平冷卻管、例如根據(jù)本發(fā)明的具有優(yōu)化的內(nèi)翅片設(shè)計的焊接管作為散熱片的用途，這些管在冷卻管長度上具有更高的強度，這會導(dǎo)致?lián)Q熱效率提高，并且換熱器的設(shè)計更加緊湊和輕量化，還有由于使用其它材料而具有的長期抗腐蝕的特性。
[0015]用于熱產(chǎn)生或者熱擴散元件的熱量管理的換熱器包括:用于引導(dǎo)冷卻劑流體流進和流出換熱器的兩個集管，其兩端安裝到集管的多個扁平冷卻管，兩個側(cè)面處于縱向方向，并且承載表面的兩個元件處于兩個側(cè)面之間；扁平管在集管之間基本上彼此平行地排成行地布置，以使得它們的承載表面基本上相互平行并且彼此相對，所述管在每個端部連接到相鄰的集管以使得冷卻劑流過管，扁平冷卻管由片材通過焊接形成焊接接頭而形成。焊接可以采用高頻焊接或其他任何合適的焊接方法。
[0016]對于需要安裝的具有最好的換熱/散熱的半導(dǎo)體模塊，管的表面需要盡可能地平整。翅片插入焊接管的使用比折疊管具有更堅硬的結(jié)構(gòu)，同時制造成本更低，并且比擠出成
型管重量更輕。[0017]除了上面描述的半導(dǎo)體模塊，功率晶體管、功率場效應(yīng)晶體管FET、絕緣柵雙極型晶體管IGBT等都可以作為所述電子元件。
[0018]上面描述的冷卻劑可以是水自然冷卻劑，例如水，或者基于非水的冷卻劑，例如HFCI34aο
[0019]核心腐蝕(液膜遷移，LFM)破壞了釬焊換熱器的抗腐蝕性。需要降低換熱器重量、獲取緊湊的設(shè)計以及提高換熱效率的這些問題的解決可以通過使用焊接管設(shè)計實現(xiàn)，焊接管設(shè)計可以以其它的韌度進行生產(chǎn)，例如H14、H24，并且沒有沖壓外圈管存在的嚴重的局部變形。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，散熱器的表面粗糙度可以通過冷軋工藝改變，使其值位于Ra = 0.02-1.14微米的范圍內(nèi)，以改善換熱。
[0021]高頻焊接的鋁管提供用于車輛電力電子元件和電池的熱量管理目的的冷卻劑流動路徑。通過與翅片插入物相結(jié)合，本發(fā)明的扁平管使得換熱面積實質(zhì)性增長，并導(dǎo)致與具有基于擠出成型或者折疊或者沖壓板的管的設(shè)計相比具有優(yōu)越的換熱特性。根據(jù)本發(fā)明的用于換熱器的扁平管由金屬片制造而成，其被彎曲并且接著通過高頻或者其它類型合適的焊接方法連接到管狀套管里。此后，所述管可進一步壓制成期望的扁平管形狀。扁平管的材料優(yōu)選為鋁及其合金，其中高頻焊接管的核心合金包含0.3-1.8wt%的錳，0.25-1.2wt%的銅，≥0.02wt%的鎂，≥0.01wt %的硅，≥0.05wt%的鐵，≤0.25wt%的鉻，余量為鋁以及不可避免的至多0.05界1:%的雜質(zhì)。
[0022]核心合金的韌度為H14/0/H24，并且優(yōu)選地為H14/H24。這些材料韌度與前面提到的化學(xué)窗口相結(jié)合提供最好的強度組合、抗腐蝕性以及需要的成型等級，以獲取焊接管的平面度。
[0023]用在緊湊換熱器中的扁平冷卻管從片材彎曲形成套管，沿著相鄰的邊緣焊接以形成管狀元件，并且受壓制以形成在較小尺寸一側(cè)具有焊接接頭的扁平冷卻管。
[0024]焊接的或被焊接的接縫通常合適地位于扁平管的側(cè)面，由此提高扁平管的硬度和對彎曲運動的耐受性。這改善了元件和管之間的接觸，由此促進換熱。換熱器的組成部分通過釬焊組裝在一起。釬焊可以是無焊劑釬焊焊接法或者其它任意的傳統(tǒng)焊接方法。
[0025]翅片插入物通過壓花、軋制、波紋成型以及沖壓之一由片材制作而成，接著被切成合適尺寸的板片(piece)。進而，翅片插入物被設(shè)計成具有沿通道的波狀翅片插入物，用于通過增加冷卻劑流動的湍流及內(nèi)表面積來改善熱性能。當內(nèi)翅片起肋條作用時，管的硬度也得到提高。翅片沿著側(cè)面或者其它與冷卻劑流體接觸的任意表面具有波狀或類似于波浪的形狀。
[0026]一種制造換熱器的方法包括如下步驟:彎曲片材形成套管，焊接套管形成管狀元件，壓制管狀元件以獲取扁平管；制造在其側(cè)面具有用于容納管的端部的開口的兩個集管，將扁平冷卻管插入到開口中以形成換熱器，特征在于通過釬焊，包括無焊劑的釬焊來組裝各組成部分。
[0027]由于不同的高頻焊接鋁管可以根據(jù)電力電子裝置的熱負載或者覆蓋區(qū)(footprint)形成不同的尺寸，因此包括具有翅片插入物的焊接鋁管的換熱器的使用使其具有可擴展性(scalability)。根據(jù)本發(fā)明的用于任意熱擴散元件的熱量管理的換熱器的使用適用于混合動力和電動車輛之一。[0028]換熱器的熱特性可以通過使用分隔開所述管(參見圖2，3)的額外的外翅片得到提高。這些翅片被釬焊到至少某些管的承載平面上。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的換熱器重量減輕，并且具有長壽命的耐腐蝕設(shè)計。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1所示為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的換熱器或者冷卻模塊。
[0031]圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的裝配有額外的外翅片的換熱器，其用于冷卻電池單元和側(cè)板，以改善換熱器的硬度。
[0032]圖3所示為換熱器的部分橫截面圖，以舉例說明扁平管到集管的安裝。
[0033]圖4(A_E)所示為通過不同方法制造的五種不同的翅片插入物，并且提供不同的翅片形狀。
[0034]圖5所示為扁平換熱器管在與部分移除的管材校準之后、并且與翅片插入物組裝在一起的視圖。橫截面A、B舉例說明可實現(xiàn)的配置的變化。
[0035]圖6所示為現(xiàn)有技術(shù)的具有插入翅片的釬焊扁平管，其中冷卻元件安裝在管承載表面上。
[0036]圖7所示為測試根據(jù)本發(fā)明的管的熱特性時設(shè)備的實驗性設(shè)置。
【具體實施方式】
[0037]如圖2、3所舉例說明的所謂散熱片模塊或換熱器20通過將多個扁平管3組裝在一起而制成，扁平管3由金屬片11制成，其中將所述片彎曲成管形以形成套管，通過高頻焊接或其它任何合適的焊接方法相互連接相鄰片的邊緣以形成焊接接頭12，壓制形成的套管以形成扁平冷卻管3。這種扁平焊接冷卻管3尤其適合，且有利于用在根據(jù)本發(fā)明的換熱器20中。根據(jù)本發(fā)明的換熱器20尤其適用于在混合動力和電動車輛之一中使用的任意的熱福射元件5,6的熱量管理。
[0038]焊接接頭(12)優(yōu)選地處于扁平冷卻管3的較小尺寸的側(cè)面14，14’處，以最小化泄漏的風險。管形元件受壓制變成尺寸略大于預(yù)制翅片插入物8的接近于扁平管的形狀。預(yù)制的翅片插入物8自動地或手動地沿著它的縱向方向插入到扁平冷卻管3中以促進散熱。接著管3通過軋制校準成其最終尺寸與插入翅片8的高度相等，以使得翅片快速固定到管3中。這些預(yù)制的扁平管通過將它們的端部3a，3b穿過連接集管1，2側(cè)面上的孔連接到集管1，2，并且釬焊到一起以形成換熱器20的整體。扁平管3具有預(yù)制的翅片插入物8，可用于提高換熱或者散熱效率。
[0039]翅片插入物8通過在兩個輥子之間壓軋薄翅片材料而沖壓或制成，所述輥子在它們的表面上具有期望的圖案，以將該圖案通過已知的方式壓花到翅片板上。
[0040]如圖4(A_E)中所示的各種形狀的壓花或波紋狀的翅片板可用于促進冷卻劑流湍流，由此促進管的換熱效率，接著將其切成形成翅片插入物8的適當尺寸的板片。
[0041]將片材通過壓花、壓軋、波紋成型或沖壓之一成型，以及接著切成適當尺寸的板片，從而制成插入物8。預(yù)制的翅片插入物8優(yōu)選地具有沿其長度形狀不均勻的翅片，沿其長度方向為起伏狀或波狀。翅片同樣還可以采用其它的具有不對稱側(cè)面翅片表面的形狀。翅片插入物8中的翅片可以具有沿管的長度偏置(off-set)的偏移(off-set)的幾何形狀，其沿著翅片或流動通道長度相對于彼此錯位分布。翅片插入物8可以在翅片的頂部10和翅片插入物8的底部的至少一側(cè)或者兩側(cè)上具有釬焊填料鋁合金覆層。釬焊填料合金具有0.05-0.7重量％的鎂。插入的翅片插入物8的材料厚度可以在0.04-0.8mm之間變化，并且優(yōu)選地為0.5-0.7mm。
[0042]翅片插入物8通過直接冷鑄、連續(xù)鑄造、雙輥鑄造或帶式鑄造之一、由鋁合金制造，所述招合金包含0-3wt %的猛,0-1.5wt %的鐵,0-1.5wt %的銅,0-1.5wt %的鎂，
0-1.0wt%的娃,0-4wt%的鋅,0-lwt%的鎳以及各自為0-0.3wt%的錯、鈦、鉻。翅片插入物8進行材料的波紋成型、沖壓和壓花之一以形成多個翅片，并且將具有多個翅片的材料切成具有合適尺寸的板片。
[0043]插入物8的外部尺寸與扁平冷卻管3的內(nèi)部尺寸相對應(yīng)。翅片插入物的各種形狀形成了管內(nèi)冷卻劑流體在其中流動的通道，使得可以根據(jù)冷卻元件的需要改變換熱器的冷卻劑流體湍流和熱效率。這種設(shè)計使得制造能夠非常靈活。至少一個扁平冷卻管3具有插入其中的如上面描述的預(yù)制的內(nèi)翅片插入物(8)，不過優(yōu)選地它們?nèi)坑糜诟倪M散熱。冷卻管3的高度可以根據(jù)換熱器尺寸和需要的散熱而變化，但是這里管3的高度在大約
1.2-15mm的范圍內(nèi)。高頻焊接的冷卻扁平管3可以在管3的內(nèi)側(cè)和/或外側(cè)中被稱為承載表面13的至少一側(cè)上或者兩個側(cè)面上具有釬焊覆層。
[0044]如圖2、3中所舉例說明的元件5，6可以直接連接到管承載表面13上，以便可以無需采用散熱器或其它中間元件，從而降低重量并提高熱擴散，其中元件5為電池單元，元件6則為待冷卻的電力電子元件。將要被換熱器20冷卻的熱輻射元件5，6可以通過膠接劑、熱油脂、機械地和/或以釬焊方式連接到至少一個扁平管3的承載表面13上。至少某些冷卻扁平管3可以被成排的釬焊外翅片4分隔開，用于改善換熱器的機械特性，同時提高熱擴散的效率。
[0045]換熱器20具有至少一個額外的外翅片4，7，及至少一個用于改善換熱器20的剛性及同時提高熱擴散的加強板15。
[0046]可選擇地，所述元件可以以已知的方法機械地固定，或者僅僅通過在兩個相鄰的扁平管3之間按壓固定。當需要時，該元件可以采用包括無焊劑焊接在內(nèi)的釬焊方法焊接到所述管上。
[0047]這些元件最常見的為在混合動力或電動車輛中使用的電力電子元件。元件5，6可以為電池單元或其它任意的電子電路或類似物。如果需要，元件5，6可以安裝到中間板上，接著在將中間板安裝到扁平管3表面13上。為了提供元件5，6和冷卻管表面13之間更好的接觸，至少一個扁平冷卻管3的元件承載表面13優(yōu)選具有0.02-1.14微米Ra的粗糙度。
[0048]為了提高熱擴散并且增加冷卻劑流的湍流，內(nèi)翅片插入物8可以插入到扁平管3中。進而，外部額外的翅片4可以如圖2所示設(shè)置在管3之間?？梢栽鲈O(shè)根據(jù)已知方法由片材制作成的額外的側(cè)面板15，以強化扁平管3的組件(package)，并且可以在最外側(cè)扁平管3和面板15之間增設(shè)外部額外的翅片7以提高熱擴散。翅片7和面板15在需要時可以釬焊在一起。
[0049]制造翅片或者翅片插入物8的方法能夠?qū)崿F(xiàn)非常薄的翅片，以節(jié)省冷卻器或換熱器20的材料和重量。翅片可以通過直接冷鑄(DC)、連續(xù)鑄造(CC)、雙輥鑄造(TRC)或帶式鑄造優(yōu)選由鋁合金制成，并且優(yōu)選使用的鋁合金包含0-3wt%的錳，0-1.5wt%的鐵，0-1.5wt %的銅,0-1.5wt %的鎂,0-1.0wt %的娃,0_4wt %的鋅,0-lwt %的鎳以及各自為
0-0.3wt%的鋯、鈦、鉻。
[0050]根據(jù)本發(fā)明的制造扁平管3的方法不需要將內(nèi)部或里面的翅片釬焊到管內(nèi)表面上，但是在需要時允許這樣做。管的外表面13可以通過軋制包覆提供鋁覆層。這使得每個第二個管3之間的外翅片4額外組裝到換熱器20的結(jié)構(gòu)中，接著在可控氣氛釬焊(CAB)爐中釬焊換熱器20，以形成連續(xù)的冷卻流體回路，促進冷卻或換熱效果。
[0051]電力電子組件或元件5，6可以連接到具有鍍金屬表面的陶瓷載體上以形成電子元件基片，這些基片可以插入到換熱器的管之間，并通過軟釬焊或者涂油脂連接到管的表面上?？蛇x地并且優(yōu)選地，電子組件5，6可以直接固定到本發(fā)明的扁平管3上，這是因為通過熱油脂或其它已知的傳統(tǒng)方法使其平整度獲得提高。由于根據(jù)本發(fā)明的扁平管3在其邊緣上(如現(xiàn)有技術(shù)圖1中的沖壓外圈實施方案)不進行彎曲，所以用于管的材料更硬，并且焊接接縫12可提供額外的硬度和耐彎曲性，這使得元件5，6可以直接安裝到管表面上，得以減少材料需求和降低制造成本。
[0052]插入物8可以手動地或通過自動的過程插入到高頻焊接的管3中。成組的翅片8可以通過軋制，在兩個軋輥之間運轉(zhuǎn)翅片材料而制成，所述軋輥在與材料壓花作用或者壓制波紋時在表面上具有圖案。材料然后被切成具有合適尺寸的翅片插入物8。
[0053]優(yōu)選的翅片插入物的幾何形狀描述如下:4*arc_tan (30 ° ) *A <波長(L)< 4*arc_tan(10。)*A(~優(yōu)選:4*arc_tan(15。)*A)
[0054]0.2 <管厚< 0.4 5mm(~優(yōu)選:0.4mm)
[0055]2 <管高< 4.8mm (~優(yōu)選:3.8mm)
[0056]------------------------
[0057]1.8 <翅片高(Fh) < 4.4mm(~優(yōu)選:3mm)
[0058]------------------------
[0059]1.2 <領(lǐng)片間距(Fd) < 2mm(~優(yōu)選:1.6mm)
[0060]0.08 <栩片厚度< 0.l*Fp (~優(yōu)選:0.18mm)
[0061]0.2*Fp <波幅(A) < 0.4*Fp (~優(yōu)選:0.36Fp)
[0062]2*tan(10。)*A <波長(L) < 2*tan(30° )Z*A(優(yōu)選:2*tan(15。)*A)
[0063]通常來說，手動插入方式多數(shù)用于小體積的生產(chǎn)。在自動插入翅片插入物8時，內(nèi)部尺寸稍微大于翅片插入物8的尺寸的焊接扁平管3由鋸或聯(lián)機切割條件下被切割成需要的長度。焊接操作后，具有略大尺寸的管3便于翅片插入物8的插入。由翅片輥軋制的翅片插入物8被切成需要的長度。如果需要，翅片插入物8在插入之前可以增加自動的濕通量(wet flux)操作和干燥。翅片插入物8使用自動工藝插入到管中，在翅片插入后，管最終被校準以確保管內(nèi)壁和翅片插入物外表面9，10之間的良好接觸。插入的翅片8可以具有不同的形狀、厚度和幾何形狀，例如:偏移的或者波紋狀以及條板狀(louvered)類型。
[0064]插入的翅片8優(yōu)選具有波浪的(undulating)形狀(如圖4A中所示)，同時其它形狀(如圖4b_e)也是可以 的，以使得冷卻流體的路徑變成渦旋狀，并且獲得更好的冷卻性能。內(nèi)翅片和管可以使用不同合金，其同樣提供更多的自由性，例如長壽命的耐腐蝕設(shè)計。
[0065]圖5舉例說明了根據(jù)本發(fā)明的管的類型“A”和類型“B”的剖面圖，它們不同的產(chǎn)品特征僅僅是具有不同的尺寸。類型“B”適用于高度> IOmm的較大的管，而類型“A”具有適用于較小的管的半圓形邊緣，并且能夠承受較高的內(nèi)壓。如果類型“A”應(yīng)用在較大的管中會浪費材料，側(cè)邊緣的長度會延長，并且反之亦然。當按照類型“B”制作較小的管時，折疊管片會變得很困難。
[0066]低于0.1mm的管材11對于承受布置成為電力電子元件一部分的負載來說是不夠的。而厚度高于1.5mm時維持管3的表面的平面度將變得越來越困難。
[0067]為了達到管3的最小強度,材料的最小厚度大約為0.04mm。超過0.8mm,翅片的破裂趨勢會增加。
[0068]為了優(yōu)化扁平管設(shè)計，使用計算機進行建模和計算。來自加熱單元的熱量輸入Q
通過冷卻劑循環(huán)進行計算，即通過:
【權(quán)利要求】
1.一種用于熱輻射元件(5，6)的熱量管理的換熱器(20)，其包括: -用于引導(dǎo)流體流進和流出換熱器(20)的兩個集管(1，2)； -多個扁平管(3)，其具有安裝到集管(1，2)上的兩個端部(3a，3b)，處于縱向方向兩個側(cè)面(14，14’ )，以及兩個側(cè)面(14，14’ )之間的兩個元件承載表面(13，13’ );管(3)在集管(1，2)之間基本上彼此平行地排成行，以使它們的承載表面(13，13’)基本上平行地彼此相對，管(3)在每個端部(3A，3B)連接到相鄰的集管(1，2)，以允許冷卻劑流過管(3)，其特征在于，扁平管(3)由片材(11)通過焊接形成焊接接頭(12)而形成。
2.權(quán)利要求1的換熱器(20)，其中焊接接頭(12)位于扁平管(3)的側(cè)面(14，14’)處。
3.權(quán)利要求1的換熱器(20)，其中管承載表面(13，13’)適于引導(dǎo)元件(5，6)連接到其上。
4.權(quán)利要求3的換熱器(20)，其中待冷卻的熱輻射元件(5，6)通過膠接劑、熱油脂、機械方式及釬焊之一連接到至少 一個管承載表面(13，13’ )上。
5.權(quán)利要求1-4之一的換熱器(20)，其中管的至少一個的元件承載表面控制為實現(xiàn)Ra為0.02-1.14微米的粗糙度。
6.權(quán)利要求1-5之一的換熱器(20),其中兀件(5,6)的至少一個為電力電子兀件。
7.權(quán)利要求1-6之一的換熱器(20)，其中元件(5)的至少一個為電池單元。
8.前述權(quán)利要求之一的換熱器(20)，其中至少一個管(3)插入有預(yù)制的內(nèi)翅片插入物⑶。
9.權(quán)利要求8的換熱器(20)，其中至少預(yù)制的內(nèi)翅片插入物(8)被手動地或者自動地在其縱向插入到扁平管(3)中，以促進熱擴散。
10.權(quán)利要求8的換熱器(20)，其中翅片插入物(8)通過沖壓、波紋成型及壓花之一制造。
11.權(quán)利要求8的換熱器(20)，其中被插入的預(yù)制翅片插入物(8)具有翅片，翅片沿它們的長度具有波浪的形狀。
12.權(quán)利要求8的換熱器(20)，其中被插入的翅片具有沿著管的長度偏置的偏移的幾何形狀。
13.前述權(quán)利要求之一的換熱器(20)，其中至少某些冷卻管(3)被釬焊的外翅片(4)的排分隔開。
14.前述權(quán)利要求之一的換熱器(20)，其中高頻焊接的管(3)片(兒)的核心合金包含 0.3-1.8wt% 的錳，0.25-1.2wt% 的銅，≥ 0.02wt% 的，≥ 0.02wt% 的鎂，≥ 0.0^^%的硅，≥0.05wt%的鐵，(0.25wt%的鉻，余量的鋁及至多0.05wt%的不可避免的雜質(zhì)。
15.前述權(quán)利要求之一的換熱器(20)，其中管材料片(11)的核心合金的韌度為H14/0/H24。
16.前述權(quán)利要求之一的換熱器(20)，其中冷卻扁平管(3)的壁厚為0.1-1.5mm，優(yōu)選0.8-1.5mm。
17.前述權(quán)利要求之一的換熱器(20)，其中冷卻管(3)的高度為1.2-15mm。
18.前述權(quán)利要求之一的換熱器(20)，其中高頻焊接的冷卻扁平管(3)在至少一側(cè)上具有釬焊覆層。
19.前述權(quán)利要求之一的換熱器(20)，其中翅片插入物在至少一側(cè)(9，10)上具有釬焊填料合金覆層。
20.前述權(quán)利要求之一的換熱器(20)，其中釬焊填料合金具有鎂含量為0.05-0.7wt%的鎂。
21.權(quán)利要求8-20之一的換熱器(20)，其中被插入的翅片插入物(8)的材料的厚度為0.04-0.8mm，優(yōu)選地為 0.5-0.7mm。
22.一種用于根據(jù)前述權(quán)利要求1-21之一的緊湊換熱器(20)中的扁平管(3)，其特征在于，管(3)由片材(11)彎曲以形成套管，沿相鄰的邊緣焊接以形成管狀元件，并且被壓制以形成扁平的冷卻管(3)。
23.權(quán)利要求22的扁平管(3)，其中管(3)在較小尺寸的側(cè)面(14，14’)具有焊接接頭(12)。
24.權(quán)利要求22的扁平管(3)，扁平管(3)包括預(yù)制的翅片插入物(8)，用于增強換熱效率。
25.權(quán)利要求24的扁平管(3)，其特征在于，具有被插入的翅片插入物(8)的管(3)通過在兩個軋輥之間壓軋被校準，以使翅片插入物(8)被固定在扁平管(3)內(nèi)。
26.權(quán)利要求8的翅片插入物(8)，其中插入物(8)由片材通過壓花、壓軋、波紋成型或沖壓之一以及接著被切成合適尺寸的板片而形成。
27.權(quán)利要求8的翅片插入物(8)，其中插入物(8)具有翅片，翅片沿它們的長度有不均勻的形狀。
28.權(quán)利要求(8)的翅片插入物(8)，其中插入物(8)由鋁合金制成，鋁合金包含0-3wt% 的猛,0-1.5wt% 的鐵,0-1.5wt% 的銅，0-1.5wt% 的鎂,0-1.0wt % 的娃，0_4wt % 的鋅，O-1wt%的鎳，以及各自為0-0.3wt%的鋯、鈦、鉻。
29.一種制造權(quán)利要求1-22之一的換熱器(20)的方法，其包括如下步驟: -彎曲片材(11)以形成套管，焊接套管以形成管狀元件，壓制管狀元件以得到扁平管(3)； -制造兩個集管，在它們的側(cè)面具有用于容納管(3)的端部(3a，3b)的開口 ； -將管(3)插入到所述開口中以形成換熱器，其特征在于，通過釬焊組裝各組成部分。
30.權(quán)利要求29的制造換熱器(20)的方法，其中組成部分通過無焊劑釬焊組裝。
31.權(quán)利要求29或30的制造換熱器(20)的方法，其特征在于，安裝至少一個額外的外翅片(4，7)以及加強板(15)。
32.—種制造權(quán)利要求8的翅片插入物(8)的方法，其特征在于， -采用對鋁合金的直接冷鑄、連續(xù)鑄造、雙輥鑄造或帶式鑄造的一種，該鋁合金包含0-3wt% 的猛,0-1.5wt% 的鐵,0-1.5wt% 的銅，0-1.5wt% 的鎂,0-1.0wt% 的娃，0-4wt% 的鋅，0-1被％的鎳以及各自為0-0.3wt%的鋯、鈦、鉻； -采用波紋成型、沖壓和壓花之一對材料加工以形成多個翅片； -將具有多個翅片的材料切成具有合適尺寸的板片。
33.權(quán)利要求22-25之一的扁平冷卻管(3)在根據(jù)權(quán)利要求1_21之一的換熱器中的用途。
34.權(quán)利要求1-21之一的換熱器(20)用于對混合動力和電動車輛之一中任意的熱輻射元件(5，6) 進行熱量管理的用途。
【文檔編號】B23P15/26GK103575140SQ201210321455
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年7月19日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月19日
【發(fā)明者】S·德西肯, S·梅杰斯, 徐坤豪 申請人:格倫格斯有限公司