專利名稱：一種新型電機(jī)控制器散熱系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及散熱器領(lǐng)域，特別是涉及一種用于電動(dòng)汽車控制器的散熱系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)的進(jìn)步，人們對(duì)能源的需求越來(lái)越大，而地球上石油等不可再生資源則是急劇減少，這嚴(yán)重制約了人類文明的長(zhǎng)期持續(xù)發(fā)展，為此人們開始積極探索新的可再生資源來(lái)取代傳統(tǒng)的能源。正是這種發(fā)展的迫切需求，各種新能源汽車應(yīng)運(yùn)而生，其中純電動(dòng)汽車在最近幾十年得到了極大的發(fā)展。電機(jī)控制系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)之一，電機(jī)控制器作為電動(dòng)汽車的核心部件，直接影響到電動(dòng)汽車的質(zhì)量?？刂葡到y(tǒng)的發(fā)熱絕大部分是由功率器件的熱損耗引起的，而功率器件對(duì)溫度又比較敏感，溫度過(guò)高會(huì)影響控制器的性能，甚至造成功率器件的不可逆轉(zhuǎn)的損壞，影響控制器的正常使用。10°C法則表明，當(dāng)器件溫度降低10°C，器件的可靠性將增長(zhǎng)一倍。由于IGBT等功率元件的發(fā)熱比較集中，如何有效的降低其工作溫度，延長(zhǎng)其使用壽命，已經(jīng)成為世界各國(guó)電動(dòng)汽車行業(yè)的研究熱點(diǎn)。目前世界上的成品電動(dòng)車控制器主要使用風(fēng)冷和水冷方式進(jìn)行冷卻。風(fēng)冷散熱器散熱極限較低且體積與重量較大；若使用傳統(tǒng)水冷散熱器，水冷板與功率器件緊密連接封裝，一旦有水滲入控制器內(nèi)部，將導(dǎo)致極大的安全事故，造成人身安全和財(cái)產(chǎn)損失。當(dāng)今大規(guī)模集成電路和IGBT等所需冷卻的面熱通量已經(jīng)達(dá)到了輕水爐反應(yīng)堆的爐心熱通量的量級(jí)，單純的強(qiáng)制空冷和水冷方式已難以滿足系統(tǒng)散熱要求，而其他一些傳統(tǒng)散熱方法也暴露出了尺寸大、裝置復(fù)雜、效率低等缺陷。因此，針對(duì)電機(jī)控制器的具體應(yīng)用環(huán)境，開發(fā)新型微冷技術(shù)刻不容緩。微槽群相變散熱器具有取熱極限高、體積小等優(yōu)點(diǎn)，工程應(yīng)用前景廣闊，其工作原理是通過(guò)在微槽壁上開設(shè)具有毛細(xì)吸附作用的微槽道，使微槽壁下部的相變介質(zhì)通過(guò)毛細(xì)作用沿微槽流動(dòng)，在槽中形成薄液膜蒸發(fā)和核態(tài)沸騰蒸發(fā)強(qiáng)化換熱過(guò)程，帶走發(fā)熱元件上的熱量。如中國(guó)專利文獻(xiàn)CN2834120Y公開了一種微槽群式散熱器，包括內(nèi)壁設(shè)有微槽群的蒸發(fā)器和自然對(duì)流式冷凝器，蒸發(fā)器和冷凝器之間用軟管相連形成一個(gè)回路，制冷劑在蒸發(fā)器和冷凝器之間通過(guò)相變來(lái)完成熱的傳遞。這種散熱器由于采用了微槽群結(jié)構(gòu)，散熱效率大大提高，但是，這種微槽群相變散熱器目前主要用于固定的電子元器件的散熱，而電動(dòng)汽車在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中時(shí)刻處于晃動(dòng)的狀態(tài)，這種晃動(dòng)會(huì)使介質(zhì)在密封腔內(nèi)劇烈飛濺，飛濺的液體擊打在微槽壁面上，破壞了微槽壁面上的薄液膜層的蒸發(fā)，進(jìn)而影響了散熱的效率。因此這種高效的微槽群散熱技術(shù)目前還不能應(yīng)用于電動(dòng)汽車等運(yùn)動(dòng)物體的散熱。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問(wèn)題就是克服汽車晃動(dòng)對(duì)微槽壁表面液膜的影響，從而把散熱效率高的薄膜蒸發(fā)冷卻技術(shù)應(yīng)用到電動(dòng)汽車領(lǐng)域，提出一種適合電動(dòng)汽車的電機(jī)控制器的新型的散熱系統(tǒng)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種新型電機(jī)控制器散熱系統(tǒng)，包括一密封腔體，在所述腔體內(nèi)設(shè)置有液態(tài)相變介質(zhì)，所述腔體壁包括至少一個(gè)微槽壁和至少一個(gè)散熱壁，所述微槽壁的外表面用于緊貼發(fā)熱元件，在所述微槽壁的內(nèi)表面上設(shè)置有微槽道，所述散熱壁上設(shè)置有冷卻裝置，所述的密封腔體內(nèi)設(shè)有微槽保護(hù)擋板，所述的微槽保護(hù)擋板靠近于微槽壁設(shè)置，所述微槽保護(hù)擋板的兩端設(shè)有供氣態(tài)和液態(tài)相變介質(zhì)通過(guò)的通道。所述的微槽道為縱向和橫向垂直交錯(cuò)的凹槽。所述的冷卻裝置為設(shè)置在散熱壁外表面上的散熱翅片。所述散熱壁為凹凸起伏的波浪狀曲面。所述散熱壁凹凸起伏曲面的橫截面為矩形。所述的散熱翅片為垂直于散熱壁的圓柱狀或矩形柱狀。所述的冷卻裝置為水冷板蓋與散熱壁圍成的水冷裝置，所述的水冷板蓋與散熱壁圍成冷卻空腔，所述水冷板蓋的側(cè)面設(shè)有進(jìn)水口和出水口，冷卻水從進(jìn)水口進(jìn)入冷卻空腔，與散熱壁熱量交換后從出水口流出。所述的液態(tài)相變介質(zhì)為新氟碳化合物。所述密封腔體的腔體壁上設(shè)有供注入液態(tài)相變介質(zhì)的介質(zhì)注入口。本發(fā)明的有益效果是1、本發(fā)明設(shè)計(jì)的電機(jī)控制器散熱系統(tǒng)，包括一密封腔體，在所述腔體內(nèi)密封有液態(tài)相變介質(zhì)，腔體壁包括至少一個(gè)微槽壁和至少一個(gè)散熱壁，微槽壁的外表面緊貼散熱兀件，在微槽壁的內(nèi)表面上設(shè)置有微槽道，密封腔體內(nèi)設(shè)有微槽保護(hù)擋板，所述的微槽保護(hù)擋板靠近于微槽壁設(shè)置，微槽保護(hù)擋板的兩端設(shè)有供液態(tài)和氣態(tài)相變介質(zhì)通過(guò)的通道。本發(fā)明在密封腔體內(nèi)設(shè)微槽壁保護(hù)擋板，并且微槽保護(hù)擋板靠近微槽壁設(shè)置，這樣的設(shè)置使微槽保護(hù)擋板和微槽壁之間空間較小，相變介質(zhì)在狹小的空間內(nèi)無(wú)法產(chǎn)生劇烈的飛濺而破壞微槽板表面薄液膜蒸發(fā)，而散熱壁與微槽保護(hù)擋板之間的相變介質(zhì)由于晃動(dòng)而產(chǎn)生的飛濺則直接擊打在微槽保護(hù)板上，這樣就保證了汽車在運(yùn)動(dòng)中的微槽壁蒸發(fā)散熱的正常進(jìn)行，極大提高了散熱極限，為電動(dòng)汽車散熱系統(tǒng)提供了新的優(yōu)化方向。2、本發(fā)明的電機(jī)控制器散熱系統(tǒng)，所述的微槽道為縱向和橫向垂直交錯(cuò)的凹槽，微槽道的深度和寬度適宜于產(chǎn)生毛細(xì)作用，這種微槽道橫向和縱向交錯(cuò)設(shè)置，可以使相變介質(zhì)液膜均勻的分布在微槽壁的表面，可以提高整個(gè)微槽壁的效率，從而提高系統(tǒng)的散熱效率。3、本發(fā)明的電機(jī)控制器散熱系統(tǒng)，散熱壁的外表面設(shè)置的冷卻裝置，可以根據(jù)實(shí)際的情況來(lái)選擇不同的散熱方法。如可以直接在散熱壁的外側(cè)設(shè)散熱翅片，并把散熱翅片正向設(shè)置于汽車的迎風(fēng)面，這樣可以充分利用自然風(fēng)冷對(duì)散熱壁進(jìn)行冷卻；同時(shí)也可以采用水冷技術(shù)，在散熱壁的外側(cè)設(shè)置一個(gè)水冷板蓋，利用車身自帶的冷卻水系統(tǒng)對(duì)散熱壁散熱。這種設(shè)計(jì)應(yīng)用靈活，可以根據(jù)不同的車型選擇不同的散熱裝置，具有較廣的適用范圍。4、現(xiàn)有技術(shù)中的相變介質(zhì)為乙醇、去離子水、甲醇、丙酮等易燃、有毒介質(zhì)，本發(fā)明中散熱器因用于電動(dòng)汽車，采用了新氟碳化合物為相變介質(zhì)，其具有高絕緣性、沸點(diǎn)低、無(wú)毒、防爆、物化性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，無(wú)需在介質(zhì)腔內(nèi)涂絕緣涂層，使得散熱器加工工序減少，散熱器在防爆、耐腐蝕性等方面得到改進(jìn)，可靠性和安全性得到極大提高。


圖1是本發(fā)明采用風(fēng)冷時(shí)的結(jié)構(gòu)示意 圖2是本發(fā)明采用水冷時(shí)的拆解示意 圖3是本發(fā)明風(fēng)冷時(shí)的剖視 圖4是本發(fā)明散熱壁另一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意 圖中1-微槽壁，10-發(fā)熱元件，11-微槽道，12-橫向微槽道，2-微槽保護(hù)擋板，3-散熱壁，31-介質(zhì)注入口，32-散熱翅片，4-相變介質(zhì)，5-密封腔體，6-水冷板蓋，61-進(jìn)水口，62-出水口。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一
參見圖1和圖3，一種新型電機(jī)控制器散熱系統(tǒng)，包括一密封腔體5，在所述腔體內(nèi)設(shè)置有液態(tài)相變介質(zhì)4，所述的相變介質(zhì)4為新氟碳化合物，如氟碳氮化合物Fla或3000，該類化合物具有沸點(diǎn)合適、不腐蝕金屬，而且具有高絕緣性，這使散熱器在防爆、耐腐蝕性等方面得到改進(jìn)，可靠性和安全性得到極大提高。相對(duì)于傳統(tǒng)水冷散熱器，本發(fā)明可以使電機(jī)控制器免于受漏水和結(jié)露的影響而損壞功率元器件。所述腔體壁具有一個(gè)微槽壁I和一個(gè)散熱壁3，所述微槽壁I的外表面用于緊貼發(fā)熱元件10，在所述微槽壁I的內(nèi)表面上設(shè)置有微槽道11，所述散熱壁3上設(shè)有冷卻裝置，此處的冷卻裝置可以是自然風(fēng)冷或通過(guò)管路外接的水冷系統(tǒng)。所述的密封腔體5內(nèi)設(shè)有微槽保護(hù)擋板2，所述的微槽保護(hù)擋板2靠近于微槽壁I設(shè)置，所述微槽保護(hù)擋板2的兩端設(shè)有供液態(tài)和氣態(tài)相變介質(zhì)4通過(guò)的通道，也就是在所述微槽保護(hù)擋板2與密封腔體5的底面之間設(shè)有供液態(tài)相變介質(zhì)4通過(guò)的通道，所述微槽保護(hù)擋板2與密封腔體5的頂面之間設(shè)有供氣態(tài)相變介質(zhì)4通過(guò)的通道。本實(shí)施例中的微槽保護(hù)擋板2靠近微槽壁I設(shè)置，主要是為了防止行車過(guò)程中由于汽車晃動(dòng)而引起的相變介質(zhì)4的飛濺破壞微槽壁I表面的薄液膜蒸發(fā)。參見圖3，微槽保護(hù)擋板2的底部低于相變介質(zhì)4的液面，微槽保護(hù)擋板2又靠近于微槽壁I設(shè)置，這樣就使得微槽保護(hù)擋板2與微槽壁I之間的空間較小，二者之間的介質(zhì)在狹小的空間內(nèi)不會(huì)因車的晃動(dòng)而產(chǎn)生劇烈飛濺，進(jìn)而破壞微槽壁I表面的液膜蒸發(fā)；而微槽保護(hù)擋板2與散熱壁3之間的相變介質(zhì)4由于汽車的晃動(dòng)產(chǎn)生的飛濺則直接擊打在微槽保護(hù)擋板2上，也不會(huì)影響微槽壁I表面的薄膜蒸發(fā)。這樣就解決了把微槽群散熱技術(shù)運(yùn)用到運(yùn)動(dòng)中的電動(dòng)汽車上的問(wèn)題。作為其它可以變換的實(shí)施方式，所述相變介質(zhì)還可以采用其它具有相變性質(zhì)的相變介質(zhì)，如甲醇。使用其它相變介質(zhì)時(shí)，要根據(jù)該相變介質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)，做好防爆、防腐蝕等相關(guān)工作。為了便于注入相變介質(zhì)4，可以在所述的密封腔體5的腔體壁上設(shè)有供注入相變介質(zhì)4的介質(zhì)注入口 31，所述的介質(zhì)注入口 31在相變介質(zhì)4注入密封腔體5、對(duì)介質(zhì)的液面高度和密封腔體內(nèi)部壓力檢測(cè)合格后，要進(jìn)行完全密封。也可以不用開設(shè)介質(zhì)注入口 31，直接把適量的相變介質(zhì)4注入密封腔體5內(nèi)，然后通過(guò)焊接等方式對(duì)密封腔體5進(jìn)行密封。實(shí)施例二 在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本實(shí)施例中的微槽道11橫向和縱向交錯(cuò)設(shè)置，縱向的微槽道相鄰緊密設(shè)置，布滿整個(gè)微槽壁面，用于把密封腔體5底部的相變介質(zhì)通過(guò)毛細(xì)作用吸附上來(lái)在微槽壁面上形成一層薄液膜；橫向的微槽道12間隔設(shè)置，主要是為了使吸附上來(lái)的相變介質(zhì)更加均勻的分布在微槽壁上，這樣可以提高微槽壁的蒸發(fā)效率。在本實(shí)施例中，散熱壁3可正向設(shè)置于電動(dòng)汽車的迎風(fēng)面，為了使散熱壁3的較冷效果更好，散熱壁3空格去掉的外表面上設(shè)有的散熱翅片32，參見圖1，所述的散熱翅片32為垂直于散熱壁的板面凸起結(jié)構(gòu)，所述的凸起可為圓柱狀、針狀、波紋片狀等。汽車在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，可以利用自然風(fēng)對(duì)散熱壁進(jìn)行降溫。這樣，所述密封腔體5的一面為微槽板蒸發(fā)面(即微槽壁I的內(nèi)表面)，另一面為相變介質(zhì)的冷卻面(即散熱壁3的內(nèi)表面)，在密封腔內(nèi)部就實(shí)現(xiàn)了換熱過(guò)程，不僅節(jié)約了空間，而且提高了散熱效率。作為其他可以變換的實(shí)施方式，本實(shí)施例中所述散熱壁3可以設(shè)置為凹凸起伏的波浪狀曲面，這種波浪狀曲面有效增大了散熱壁的風(fēng)冷面積，使散熱的效果更好。為了便于加工，所述散熱壁3凹凸起伏的波浪狀曲面的橫截面可設(shè)為為矩形，參見圖4，散熱翅片32為垂直于散熱面的片狀結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中，相變介質(zhì)4通過(guò)微槽道11、12的毛細(xì)作用分布在貼緊發(fā)熱元件10的腔體壁上，利用微槽群的薄液膜蒸發(fā)和厚液膜處核態(tài)沸騰的雙重相變?cè)?，將熱量由相變介質(zhì)4從發(fā)熱面(即微槽壁)迅速帶走，氣態(tài)相變介質(zhì)遇到布滿散熱翅片32的散熱壁3冷凝，散熱翅片32所在面放置于車頭等通風(fēng)處，翅片熱量被自然風(fēng)帶走，冷凝后的介質(zhì)11在重力作用下在介質(zhì)腔底部聚集，并通過(guò)微槽道11、12的毛細(xì)作用回流至貼緊發(fā)熱元件10的微槽壁I上，完成一個(gè)無(wú)外部動(dòng)力的循環(huán)。實(shí)施例三
本發(fā)明中位于散熱壁3上的冷卻裝置可以采用冷卻板的形式，作為本發(fā)明的另一種實(shí)施例，在本實(shí)施例中如圖2中所示，冷卻裝置為水冷板蓋6與散熱壁3圍成的水冷裝置，所述水冷板蓋6與散熱壁3圍成冷卻空腔，所述水冷板蓋6的側(cè)面設(shè)有進(jìn)水口 61和出水口62，冷卻水從進(jìn)水口 61進(jìn)入冷卻空腔，與散熱壁3熱量交換溫度升高后從出水口 62流出。本實(shí)施例中的水冷板蓋6可以直接對(duì)沒有設(shè)置散熱翅片32的散熱壁3進(jìn)行冷卻，這種設(shè)計(jì)適于功率較小的電機(jī)控制器的散熱。也可以把散熱翅片32在設(shè)置在所述的空腔內(nèi)，這種設(shè)計(jì)可以增大散熱壁的散熱面積，適用于功率較大的電機(jī)控制器的散熱。采用水冷方法可以更加有效的對(duì)散熱壁進(jìn)行降溫，從而提高散熱系統(tǒng)的效率。同時(shí)，由于水冷的效率比風(fēng)冷要高，相同的散熱量可以把水冷設(shè)備的體積做的更小，這樣會(huì)使整個(gè)的散熱系統(tǒng)所占的空間更小。本實(shí)施例中的水冷設(shè)備不同于傳統(tǒng)汽車中的水冷設(shè)備，傳統(tǒng)的水冷設(shè)備直接對(duì)發(fā)熱元器件進(jìn)行冷卻，散熱效率遠(yuǎn)低于本發(fā)明的散熱器。另外，水冷設(shè)備有漏水、結(jié)露的可能，緊貼其上的元器件有潛在安全隱患。而本實(shí)施例中的水冷設(shè)備是對(duì)散熱壁進(jìn)行冷卻，電機(jī)控制器的發(fā)熱元件由相變介質(zhì)的蒸發(fā)冷卻過(guò)程對(duì)其進(jìn)行冷卻，這樣不僅提高了散熱效率，同時(shí)也為電機(jī)控制器提供了一個(gè)更加安全的工作環(huán)境。本發(fā)明并不僅限于上述具體實(shí)施方式
，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，凡是在本發(fā)明創(chuàng)造精神及原則范圍之內(nèi)所做的任何改動(dòng)和替換，都應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種新型電機(jī)控制器散熱系統(tǒng)，包括一密封腔體(5),在所述腔體內(nèi)設(shè)置有液態(tài)相變介質(zhì)(4)，所述腔體壁包括至少一個(gè)微槽壁(I)和至少一個(gè)散熱壁(3)，所述微槽壁(I)的外表面用于緊貼發(fā)熱元件，在所述微槽壁(I)的內(nèi)表面上設(shè)置有微槽道(11)，所述散熱壁(3)上設(shè)置有冷卻裝置，其特征在于所述的密封腔體(5)內(nèi)設(shè)有微槽保護(hù)擋板(2)，所述的微槽保護(hù)擋板(2 )靠近于微槽壁(I)設(shè)置，所述微槽保護(hù)擋板(2 )兩端設(shè)有供氣態(tài)和液態(tài)相變介質(zhì)通過(guò)的通道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型電機(jī)控制器散熱系統(tǒng)，其特征在于所述的微槽道(11)為縱向和橫向垂直交錯(cuò)的凹槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種新型電機(jī)控制器散熱系統(tǒng)，其特征在于所述的冷卻裝置為設(shè)置在散熱壁(3)外表面上的散熱翅片(32)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的一種新型電機(jī)控制器散熱系統(tǒng)，其特征在于所述散熱壁(3)為凹凸起伏的波浪狀曲面。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種新型電機(jī)控制器散熱系統(tǒng)，其特征在于所述散熱壁(3)凹凸起伏曲面的橫截面為矩形。
6.根據(jù)權(quán)利要求3-5中任一項(xiàng)所述的一種新型電機(jī)控制器散熱系統(tǒng),其特征在于所述的散熱翅片(32)為垂直于散熱壁的圓柱狀或矩形柱狀凸起。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種新型電機(jī)控制器散熱系統(tǒng)，其特征在于所述的冷卻裝置為水冷板蓋(6)與散熱壁(3)圍成的水冷裝置，所述水冷板蓋(6)與散熱壁圍成冷卻空腔，其側(cè)面設(shè)有進(jìn)水口( 61)和出水口( 62 )，冷卻水從進(jìn)水口( 61)進(jìn)入冷卻空腔，與散熱壁(3)熱量交換溫度升高后從出水口(62)流出。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的一種新型電機(jī)控制器散熱系統(tǒng)，其特征在于所述的液態(tài)相變介質(zhì)(4)為新氟碳化合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的一種新型電機(jī)控制器散熱系統(tǒng)，其特征在于所述密封腔體(5)的腔體壁上設(shè)有供注入液態(tài)相變介質(zhì)(4)的介質(zhì)注入口(31)。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種新型電機(jī)控制器散熱系統(tǒng)，包括一密封腔體，在所述腔體內(nèi)設(shè)置有液態(tài)相變介質(zhì)，所述腔體壁包括至少一個(gè)微槽壁和至少一個(gè)散熱壁，所述微槽壁的外表面適于緊貼發(fā)熱元件，在所述微槽壁的內(nèi)表面上設(shè)置有微槽道，所述散熱壁上設(shè)有冷卻裝置，所述的密封腔體內(nèi)設(shè)有微槽保護(hù)擋板，該微槽保護(hù)擋板靠近于微槽壁設(shè)置，所述微槽保護(hù)擋板上下端分別設(shè)有供相變介質(zhì)通過(guò)的通道。通過(guò)在密封腔體內(nèi)設(shè)置微槽保護(hù)擋板，保護(hù)了微槽薄液膜的形成，使其在汽車運(yùn)動(dòng)中仍然可以實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)散熱，提高了電機(jī)控制器的散熱效率。此設(shè)計(jì)使得整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，相同散熱效率下體積更小，散熱極限更高。
文檔編號(hào)H05K7/20GK103068210SQ20121057695
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月27日
發(fā)明者徐國(guó)卿, 劉玢玢, 李衛(wèi)民, 林桂林 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院