专利名称：一种断电保护装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种为燃料电池运行过程中使用的断电保护装置，它采用了专门设计的散热装置，这种装置具有体积小、重量轻、结构特殊等特点，解决了断电保护装置在工作时由于自身功耗所引起的散热问题。
背景技术：
燃料电池技术在九十年代以来取得了长足的进展，电催化剂和电极，质子交换膜及其三合一组件已经进入商业化生产阶段。无论是碱性燃料电池还是质子交换膜燃料电池，均需采用严格的断电保护装置，才可使燃料电池平稳有效的运行。燃料电池是由多个单电池串联而成的电池组，其断电保护装置包括两项内容一为电池运行时的过载、过流问题。二为电池运行时的低电压保护问题。如果其保护装置不安装散热装置，轻者由于保护装置不散热，造成保护装置损坏，使电池无法继续运行，重者会造成电池爆炸，后果是极为严重的。目前各国均集中力量开发可供大规模商业生产的燃料电池组。对于电池组断电保护问题的解决日益紧迫，由于燃料电池断电保护装置的散热问题比较特殊，各种专利中鲜有透漏，系各自的技术诀窍，保密性颇强，在相关专利中均未提及具体的保护方法。
文献(1)，中国专利申请(名称功率转换器，申请号99802460，公开号CN1289475)，提及由IGBT型静态开关组成的、用直流电源电压供电的功率转换器，它至少有一个直接固定在散热组件上的IGBT模块，散热组件本身与散热片或类似件连接，其特征在于，在散热组件和散热片之间设置一层绝缘，其上固定一个或几个IGBT模块的散热组件与一中间电位连接，中间电位处于散热片电位和功率转换器电源电压的高点之间。
文献(2)，中国专利申请(名称使用柔性环氧树脂将散热器直接固定到芯片载体，申请号99120995，公开号CN1259764)，使用柔性环氧树脂将散热器固定到半导体芯片上以改进散热性能的方法以及使用该方法制成的芯片载体组件、互连结构。这种结构特别适用于CQFP、CBGA、CCGA、CPGA、TBGA、PBGA、DCAM、MCM-L、单层陶瓷、以及其它芯片组件，并且适用于将倒装芯片固定到柔性的或刚性的有机材料电路板。柔性环氧树脂的杨氏模量小于100,000psi，其玻璃转换温度小于25℃，比普通的硅粘结剂的强度大得多，并且不会使组件或电路板沾染上硅。
实用新型内容本实用新型提供一种为燃料电池运行过程中使用的断电保护装置，它采用了专门设计的散热装置，当燃料电池在运行过程中出现过载、过流或过低电压运行等问题时，断电保护装置迅速、及时地切断电池负载，使电池组保持开路状态，对电池组加以保护，并解决了断电保护装置在工作时由于自身功耗所引起的散热问题。
本实用新型的技术方案是一种断电保护装置，包括IGBT模块、接触器、散热器，IGBT模块的集极C、射极E之间接有接触器，IGBT模块的散热表面固定有散热器。
所述散热器上加工有冷却液入口、冷却液流道和冷却液出口构成的封闭管路，冷却液流道采用多流道、小口径结构。
所述散热器可以由散热片和散热片上面安装的风机构成。
本实用新型的有益效果1、本实用新型中采用了IGBT模块和大容量接触器做开关器件，避免了当电池组运行过程中切断负载时容易出现的拉弧现象。
2、本实用新型采用的具有特殊结构的专用散热器使用中较可靠，很好地解决了当IGBT模块工作时由于自身功耗所引起的散热问题。
3、IGBT模块散热器中的冷却液采用自来水冷却，散热较快，使用方便。
4、采用专用的IGBT驱动器，因为此驱动器带自保护电路，解决了由于驱动电路不正确引起的IGBT损坏等问题。
图1为燃料电池组断电保护装置电路图。
图2为本实用新型水冷散热器结构示意图。
图3为本实用新型风冷散热结构示意图。
具体实施方式
如图1所示断电保护装置电路图，其中标号1为IGBT驱动器，标号2为大容量接触器，标号3为负载，作用分别是用IGBT驱动器来控制IGBT模块1和大容量接触器2的开关先后次序，然后将燃料电池总电压连接到负载3上，形成燃料电池对负载放电的回路。
1、本实用新型提供了一种燃料电池组的断电保护装置。
2、用一种大功率的复合器件IGBT作为开关器件，将它串联在负载电路中，能够迅速、及时地切断负载电路。
3、在集极C、射极E之间接一个接点容量较大的大容量接触器，解决了大电流切断时出现的拉弧现象。
4、将复合器件IGBT固定在一个具有特殊结构的散热器上，解决了当复合器件IGBT接通负载电路时由自身功耗所引起的散热问题，且具有体积小、重量轻等特点。
5、复合器件IGBT驱动电路采用专用的IGBT驱动器，因为此驱动器带自保护电路，解决了由于驱动电路不正确引起的IGBT损坏等问题。
本实用新型提供一种为燃料电池运行过程中使用的断电保护装置专门设计的散热装置1、本实用新型制作具有特殊结构的散热器操作步骤如下a、利用铝导热性能较好，便于加工的特点，用材料为软铝的铝块机械加工成一个长方体。
b、在长方体上加工4个通水口，形成封闭管路，2个入口，2个出口，通水口径根据散热面积、体积大小，通过具体计算而定。
c、封闭管路流道采用多流道、小口径的特点，以最大限度地增加散热面积。
d、散热器上方要研磨平面，使散热器与IGBT模块接触面积良好，坚实可靠。
2、本实用新型所用具有特殊结构的散热器采用的材质可以是软铝，紫铜等传热效率高的某种材料，端面研磨平面，且封闭管道尽可能多，口径要小，具有接触面积坚实可靠、散热面积大、速度快、体积小、重量轻、容易加工等特点。
3、本实用新型中采用了IGBT功率模块和大容量接触器做开关器件，避免了当电池组运行过程中切断负载时容易出现的拉弧现象。
4、散热器中的冷却液采用自来水冷却，散热时间较快，使用方便。
5、采用专用的IGBT驱动器，因为此驱动器带自保护电路，解决了由于驱动电路不正确引起的IGBT损坏等问题。
本实用新型所用材料选自一种大功率的复合器件IGBT和接点容量较大的直流接触器，散热器采用特殊结构设计的专用散热器，因此所选材料简易性、实用性比较强。
本实用新型采用一种大功率的复合器件IGBT作为开关器件，IGBT是MOSFET与双极晶体管的复合器件，其频率特性介于MOSFET与晶体管间，可正常工作于几十kHz频率范围内，故在较高频率的大、中功率应用占据了主导地位。利用它本身既有MOSFET易驱动的特性，又具有功率晶体管通过电压、电流容量大的特点，将它串联在负载电路中，且固定在一个具有特殊结构的专用散热器上，并在IGBT模块集极C、射极E之间接一个接点容量较大的直流接触器，如果电池组运行时出现问题，依靠IGBT和直流接触器迅速切断电源，使电池组保持开路状态，保护好电池组。
实施例1采用水冷技术给断电保护装置的IGBT模块散热选取容量为400A，电压为800V的德国西门子公司生产的IGBT大功率模块做开关器件，串联在负载电路中，考虑到如果只用IGBT模块切断、接通负载电路，当电流较大时，容易出现拉弧现象，因此在IGBT模块的集极C、射极E之间接一个接点容量为400A的24V直流接触器，并在IGBT模块1的散热表面固定一个长150mm×宽104mm×高66mm的散热器4，散热器4中冷却液流过的地方加工很多小孔以增加散热面积。当燃料电池接通负载时，先接通IGBT模块1，再接通大容量接触器2。而当燃料电池切断负载3时，先切断大容量接触器2，再切断IGBT模块1，这样就可以避免当IGBT模块1单独工作切断负载3时，由于切断拉弧而对IGBT模块1造成损伤。驱动IGBT模块的驱动电路采用专用的IGBT驱动器，如M97595L等。具体实验数据如表2所示。其散热器具体图形如图2，在长方体上加工4个通水口，2个冷却液入口5，2个冷却液出口7，形成封闭管路，通水口径根据散热面积、体积大小，通过具体计算而定，封闭管路冷却液流道6采用多流道、小口径的特点，以最大限度地增加散热面积。
表2采用水冷散热片的技术实验数据
实施例2采用风冷技术给断电保护装置的IGBT模块散热选取容量为600A，电压为1200V的日本三菱公司生产的IGBT大功率模块做开关器件，串联在负载电路中，考虑到如果只用IGBT模块切断、接通负载电路，当电流较大时，容易出现拉弧现象，因此在IGBT模块的集极C，射极E之间接一个接点容量为400A的24V直流接触器，并在IGBT模块散热表面固定一个长300mm×宽200mm×高20mm的散热片，散热片上面再安装一个120mm×120mm的轴流风机。当燃料电池接通负载时，先接通IGBT模块，再接通大容量接触器。而当燃料电池切断负载时，先切断大容量接触器，再切断IGBT模块，这样就可以避免当IGBT模块单独工作切断负载时，由于切断拉弧而对IGBT模块造成损伤。IGBT作为一种大功率的复合器件，存在着过流时可能发生锁定现象而造成损坏的问题.在过流时如采用一般的速度封锁栅极电压会因过高的电流变化率引起过电压，从而需要软关断等特殊要求，因而掌握好IGBT的驱动和保护特性是使用好它的关键.只有在充分利用和满足其特点、要求的情况下，才能使IGBT展现出它的优点并获得较高的可靠性。驱动IGBT模块的驱动电路采用专用的IGBT驱动器，如M97595L等。具体实验数据如表1所示。其散热器具体图形如图3，散热器由散热片8和散热片8上面安装的轴流风机9构成。
表1采用风冷和散热片相结合的技术实验数据
相关的比较例本实用新型与文献中所介绍的专利方法相比较具有如下的优点1、与文献(1)中国专利申请(公开号CN1289475)和文献(2)中国专利申请(公开号CN1259764)相比，本实用新型制作的散热器具有接触面积坚实可靠，散热面积大、速度快，体积小、重量轻、容易加工等特点。
2、与文献(2)中国专利CN1259764中介绍的散热方法相比，本实用新型的散热效果更加显著，且操作起来比较方便。
3、本实用新型选用IGBT模块与大容量接触器按先后次序工作，有效地解决了切断大电流负载时容易拉弧的问题。
权利要求1.一种断电保护装置，其特征在于包括IGBT模块(1)、接触器(2)、散热器(4)，IGBT模块(1)的集极C、射极E之间接有接触器(2)，IGBT模块(1)的散热表面固定有散热器(4)。
2.按照权利要求1所述断电保护装置，其特征在于所述散热器(4)上加工有冷却液入口(5)、冷却液流道(6)和冷却液出口(7)构成的封闭管路，冷却液流道(6)采用多流道、小口径结构。
3.按照权利要求1所述断电保护装置，其特征在于所述散热器由散热片(8)和散热片(8)上面安装的风机(9)构成。
专利摘要本实用新型涉及一种为燃料电池运行过程中使用的断电保护装置，包括IGBT模块(1)、接触器(2)、散热器(4)，IGBT模块(1)的集极C、射极E之间接有接触器(2)，IGBT模块(1)的散热表面固定有散热器(4)。本实用新型中采用了IGBT模块和大容量接触器做开关器件，避免了当电池组运行过程中切断负载时容易出现的拉弧现象。另外，本实用新型采用了专门设计的散热装置，这种装置具有体积小、重量轻、结构特殊等特点，解决了断电保护装置在工作时由于自身功耗所引起的散热问题。
文档编号H01L23/34GK2766435SQ20052008911
公开日2006年3月22日 申请日期2005年1月28日 优先权日2005年1月28日
发明者李 杰, 李相一, 焦予野, 张华民, 明平文, 衣宝廉 申请人:中国科学院大连化学物理研究所