[發(fā)明專利]電力電子堆疊組合件

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201480082877.8
• 申請日: 2014-11-04
• 公開（公告）號: CN107079604A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 優(yōu)格納岡薩雷斯·大衛(wèi);卡斯塔尼奧拉韋克埃瑟·丹尼爾;泰納塞雷索·喬斯曼紐爾;洛格羅桑迪亞茲·伊希尼奧
• 申請（專利權(quán)）人: 萬銀電力電子科技有限公司
• 主分類號: H05K7/20
• 分類號: H05K7/20
• 代理公司: 北京科億知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙)11350
• 代理人: 湯東鳳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電子電力堆疊組合件，其呈現(xiàn)特征為直接冷卻其中容納的半導體模塊的優(yōu)勢；即，所述半導體模塊通過與經(jīng)由輻射器元件和前述半導體模塊循環(huán)的冷卻劑流體直接接觸而得以冷卻。

背景技術(shù)

本發(fā)明的應用領(lǐng)域為電子電力轉(zhuǎn)換器：從交流電到交流電、直流電到直流電、交流電到直流電，且反之亦然。半導體模塊、冷凝器、用于不同元件之間的電連接的母線以及輻射器包含于組合件中。這種配置使得能夠獲得緊湊、高性能的組合件，從而實現(xiàn)制造成本的改善。

使用電子電力轉(zhuǎn)換器控制電動機的速度和扭矩在工業(yè)和能源產(chǎn)業(yè)中眾所周知；其還用于控制連接到電網(wǎng)的系統(tǒng)(例如用于發(fā)電的風力渦輪發(fā)電機和光伏反相器(有源和反應性的)，或用于在交流電系統(tǒng)中產(chǎn)生無功功率的STATCOM(靜態(tài)同步補償器))中的功率和電流，或用于控制直流電系統(tǒng)(例如整流器和HVDC(高壓直流電)傳輸系統(tǒng)或用于蓄電池或燃料電池的控制系統(tǒng))中的功率和電流。

當前，混合動力車輛以及單獨通過電運行的車輛的重要性不斷地增大，其中組件的大小和重量以及其運行溫度都至關(guān)重要。

本質(zhì)上，所有系統(tǒng)共同地共享高功率電子模塊(例如二極管和IGBT)和例如冷凝器等能量存儲元件的使用。所有這些元件歸因于運行期間的能量損失而產(chǎn)生相當大量的熱。此熱必須通過高效冷卻系統(tǒng)耗散掉，所述冷卻系統(tǒng)必須維持所有組件的溫度在控制下且低于運行溫度限制。

在過去，使用具有受迫氣流的氣冷式輻射器；這些輻射器低廉且穩(wěn)健，但在功率損耗高時效率低。一段時間以后，采用通過流過通道的水冷卻的輻射器，其中載熱流體被引導經(jīng)過上面附接待冷卻元件的封閉管道。盡管此類型的輻射器復雜得多(因為這種類型的輻射器需要輔助抽汲系統(tǒng)來使流體移動，且空氣-水輻射器具有強制通風以耗散熱)，但這些系統(tǒng)比氣冷式輻射器的效率高得多。

所裝配元件之間的溫度差在電力電子冷卻系統(tǒng)中不可避免并且還是不合需要的，因為其間的高溫度差將組合件的能力限制于最熱元件的溫度而非元件總體的溫度。

在本專利中，已開發(fā)直接冷卻輻射器，其中載熱流體與待冷卻元件直接接觸，從而歸因于待冷卻元件與冷卻劑流體之間的低熱阻而實現(xiàn)更高效的熱傳遞且可容易地控制。借助于此類型的冷卻，可降低設(shè)備的大小。此使得能夠減小設(shè)備的重量，增大能量特定密度且降低每電力單元的成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明涉及一種電力電子堆疊組合件，其包括：至少一個輻射器元件，冷卻劑流體流過所述至少一個輻射器元件，其中所述輻射器元件包括至少一個外殼；在所述至少一個外殼中的至少一個安裝基底；至少一個半導體模塊，其附著到至少一個安裝基底；至少一個驅(qū)動器元件，其附著在至少一個半導體模塊上；至少一個冷凝器；母線，其用以連結(jié)所述組合件的電組件，其中所述輻射器元件的至少一個外殼包括用于使流體通過的至少一個通孔，所述冷卻劑流體經(jīng)由所述至少一個通孔朝向出現(xiàn)于所述安裝基底與所述半導體模塊之間的通道流過在所述安裝基底中形成的多個穿孔，所述冷卻劑流體變得與至少一個半導體模塊直接接觸。

所述電子電力堆疊組合件的所述輻射器元件包括第一歧管和第二歧管，其方式為使得所述冷卻劑流體從所述第一歧管流動到所述第二歧管，從而變得與所述半導體模塊接觸且冷卻所述半導體模塊。

為本發(fā)明的目標的所述電子電力堆疊組合件的冷卻劑流體直接冷卻所述半導體模塊，以平行方式經(jīng)由出現(xiàn)于不同安裝基底與形成電子電力堆疊的半導體模塊之間的通道從所述第一歧管流動到所述第二歧管，維持流過兩個歧管的相同方向，且確保最熱半導體模塊與最冷半導體模塊之間的溫度差小于或等于3攝氏度。

為本發(fā)明的目標的所述電子電力堆疊組合件的輻射器元件包括快速連接，用于將冷卻劑流體裝填到第一歧管和第二歧管兩者中。

所述電子電力堆疊組合件對于每一半導體模塊包括：所述安裝基底，所述安裝基底對于每一半導體模塊是獨立的，使得所述半導體模塊彼此獨立；在所述輻射器元件與所述安裝基底之間的數(shù)個第一O形環(huán)，以保證所述安裝基底與所述輻射器元件之間的接點的水密性；數(shù)個第二O形環(huán)，以保證所述半導體模塊與所述安裝基底之間的接點的水密性。

出現(xiàn)于所述安裝基底與所述半導體模塊之間的所述通道的厚度小于1mm，且所述通道經(jīng)設(shè)計以實現(xiàn)每一半導體模塊與所述冷卻劑流體之間的最低熱阻。

為本發(fā)明的目標電子電力堆疊組合件的安裝基底包括位置對應于用于使流體從所述輻射器元件通過的所述通孔的多個穿孔。