[發明專利]一種電子元件恒溫液冷板

有效

• 申請號: 201911001987.8
• 申請日: 2019-10-21
• 公開（公告）號: CN110690531B
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 潘洪建
• 申請（專利權）人: 付香花
• 主分類號: H01M10/613
• 分類號: H01M10/613;H01M10/653;H01M10/6551;H01M10/6554;H01M10/6556;H01M10/6567;H01M10/656;H01M10/635
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一種高熱流密度電子元件恒溫液冷板，包括順序疊置的上冷板、液冷機構和下冷板，疊置后，上冷板的凹腔與下冷板的凹腔對合形成包圍在液冷機構兩側的恒溫腔，恒溫腔中設有固液相變儲熱機構；液冷機構包括液冷板體和連接管體，液冷板體包括多路平行的管體部，管體部首尾兩端分別貫通連接管體并一體焊接，連接管體間隔設有多個堵頭，使得多路平行的管體部首尾連通形成S形冷卻路；所述固液相變儲熱機構包括在固態或液態時均與所述凹腔內壁無間隙地直接接觸的固液相變儲熱材料。所述高熱流密度電子元件恒溫液冷板，能使動力電池長期溫度保持在固液相變材料的熔點以下，溫升速率低，各部位溫差小。

技術領域

本發明涉及電子元件散熱的技術領域，具體涉及一種電子元件恒溫液冷板。

背景技術

自從1947年晶體管問世以來電子元器件迅猛發展，越來越大的功率和越來越小的體積是趨勢。這種高度集成化形成了大量高熱流密度電子設備。高熱流密度電子器件結溫過高會導致電子器件失效，其工作溫度每升高2℃時，可靠性隨之下降10%。因此，高熱流密度電子設備的可靠性需要冷卻技術來保障。所謂高熱流密度是指熱流密度大于等于100W/cm²。比如以高性能多核CPU 為例，目前其產熱量達到100~150 W，而芯片面積卻只有1 cm2，其熱流密度達到了100 W/cm2 以上，而且趨勢還在增長。液冷板冷卻技術是指內部設有供液體冷卻介質流動的流道的銅/鋁板，與發熱元件接觸并吸收熱量。安裝時還需要構建包括儲液箱、泵、冷板和換熱器的冷卻介質的封閉循環通路，以持續地帶走與冷板接觸的發熱元件的熱量。

液冷板的現有技術存在以下問題：

1）焊接+機加工，缺乏先進制造工藝

目前，主要通過“焊接+機加工”方式形成冷板，而且冷板本身功能及使用環境決定其內部流道密封性要求很高，構建流道主要靠焊接，導致焊接成型工藝比較復雜。因此，冷板的焊接工藝水平決定了冷板的可靠性。但是，焊接工藝與生產周期、成本是矛盾的，設計一種焊接工藝要求低的液冷板是降低成本的關鍵。

2）高熱流密度時，液冷板的溫升抑制性能差

以系統中的一塊液冷板為例，給定液冷板的冷卻面積S，其進水口額定流量為5L/min，進水溫度為25℃，進出口額定壓降為9.17KPa。導熱硅膠墊的導熱系數是2W/m*k，每個模組產生的熱量為268W。設計目標：動力電池系統模組，要求電池包溫度控制在0-55℃，溫差5℃。

液冷板在40℃環境中，動力電池采用高倍率充電時，對液冷板的降溫性能最具挑戰性。現有技術的液冷板，設計時考慮上述極限情形液冷板達到額定流量和壓降即能夠保證散熱。但需要時間，在該段時間內，溫度迅速升高，然后緩慢下降。因此，該溫度的迅速升高，就無法滿足電池包的溫度控制要求。

3）重量要輕

對于高熱流密度電子設備，尤其是機載電子設備的液冷板，對液冷板的重量要盡可能地輕，設計液冷板結構和材料選擇是關鍵。

卡耐新能源有限公司的發明專利（CN109037854 A，20181218）公開了一種液冷板，液冷板包括由鋁型材擠壓形成的多個方形的內部空心腔126并布有加強筋127的中空主體結構，空心腔依次首尾連通，最后用實心鋁板焊接在主體結構兩端形成液冷板。這樣的液冷板雖然解決了“散熱面積小，剛性弱、裝配復雜，長期使用焊縫易漏液”的問題，但這樣的結構型鋁材生產需要特殊的擠出模具，成本高，重量比較重，一體擠出的鋁材同樣與側實心板同樣存在焊縫，長期使用該焊縫也會腐蝕漏液。

因此，設計一種恒溫性能高、重量輕、對焊接要求不高也能保證流道的永久密封性的液冷板，是業界普遍難以解決的問題。

發明內容

針對上述現有技術中存在的缺陷，本發明的目的在于提供一種電子元件恒溫液冷板，提供恒溫性能高、重量輕、對焊接要求不高也能保證流道的永久密封性的液冷板。