专利名称：充电模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于对高容量电池充电的充电模块，更具体地，涉及一种通过将风扇罩延伸在散热器(热沉，heat sink)侧部以及向散热器侧部插入热管(heat pipe)而能够提供散热器的辐射热面积(区域)的充电模块。
背景技术：
目前，汽油或柴油作为机动车的主要能源使用，但近年来，由于资源的耗尽，同时考虑到全力倡导的环境友好型趋势，利用可再充电的电池作为主要电源的电动车已经出现。此外，在发展成电动车之前，产生了混合电动车(HEV)，混合机动车是指利用电池作为辅助动力的机动车，该辅助动力由借助于现有汽油发动机的动力装置上的电池来提{共。这种改变的确需要一种高电压的充电模块，该充电模块通过除了使用小尺寸的高容量电池之外还使用外部电源从而可在电池中快速充电。基于现有的DC-DC转换器开发了充电模块，该充电模块以包括电路的装置形式开发出来，但由于输出容量的快速增大，功率损耗灵敏地改变着充电模块的效率。由于功率损耗与设置在充电模块中的发热元件的散热量有关，因而当发热元件不能充分冷却时，充电模块的可靠性可能变差。在将作为普通家用电压的AC 100/220V电压施加至充电模块时，普通充电模块通过使用电池管理系统(BMS)经由充电模块中的增压过程(boost-up process)用于快速充有电池电压。为了减少由于快速且高容量充电而由充电模块产生的热损耗，以最大程度冷却设置在充电模块上的发热元件的散热设计是绝对需要的。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种充电模块，该充电模块通过使用用作充电模块主要组件的功率半导体元件、通过使用散热器作为充电模块的外壳(外部壳体，external case) 以便随着功率半导体元件的损耗而平稳地将释放的热量释放至外部、通过将风扇罩延伸至散热器侧部而更有效地冷却设置在散热器中的多个发热元件或将热管插入散热器侧部中以扩大散热器的辐射热面积(区域)，从而能够容易地冷却设置在散热器内表面上的发热元件，以及将发热元件设置在散热器的内表面上。根据本发明的一个示例性实施方式，提供了一种充电模块，包括散热器；风扇罩，安装为覆盖散热器的外部并且包括与散热器的侧表面形成预定间隔空间(S印arationspace)的侧面延伸部(side extended portion)；以及风扇，设置在风扇罩的上部中心 (upper center)处。散热器还可以用作壳体(外壳，casing)，埋入(嵌入，embed)用于给电池充电的电路和连接至其中的电路的功率转换组件(power convertingcomponent)如BMS，并且包括突出至外部的多个冷却销(cooling pins)。此外，在散热器中，连接至其中的基板(substrate)上的发热元件可以设置为与内侧壁接触，并且从发热元件释放的热量也可以通过散热器的侧壁被散热至外部。在这种情况下，用风扇罩的侧面延伸部和通过风扇流动的冷却空气覆盖散热器的侧壁以经由在散热器的侧壁与风扇罩的侧面延伸部之间形成的间隔空间对散热器的空气进行强制冷却，从而有效地冷却与散热器接触的发热元件。发热元件可以是功率半导体元件，例如M0SFET、IGBT、或二极管，并且发热元件可以通过经由电路连接而被驱动，从而用来将施加于充电模块的AC功率转换为DC功率。根据本发明的另一个示例性实施方式，提供了一种充电模块，包括散热器；覆盖散热器顶部的风扇罩；设置在风扇罩上部中心处的风扇；以及插入散热器的侧壁中以通过制冷剂的循环从散热器的侧壁散热的热管。热管可以插入侧壁中，使得热管的上端突出至散热器的侧壁的顶部，并且多个销 (pins)可以耦接(结合，连接，couple)到热管的顶部上。在这种情况下，销可以设置为垂直于热管的上端。
图1是根据本发明第一示例性实施方式的充电模块的剖面图；以及图2是根据本发明第二示例性实施方式的充电模块的剖面图。
具体实施例方式参照附图，通过详细描述，会明显地理解出于根据本发明充电模块目的的有关操作效果(包括技术构造)的内容，附图示出了本发明的优选实施方式。首先，图1是根据本发明第一示例性实施方式的充电模块的剖面图。如图所示，根据示例性实施方式的充电模块100可以包括散热器110、安装为覆盖散热器110外部的风扇罩120、以及安装在风扇罩120上部中心处的风扇130。散热器110通过驱动设置在其顶部上的风扇130被整体冷却(overallcool)，并且在由风扇130排放的冷却空气从散热器110的顶部流动至侧部的同时，散热器110整体被空气冷却。散热器110可以包括盒型壳体(box-type casing)，该盒型壳体埋入电路和电路连接于其中的功率转换电子组件。多个冷却销112突出在侧部和顶部上而不是底部上，以改善散热特性。此外，包括设置在基板141上的发热元件140、线圈等的发热组件设置于散热器 110中，而发热组件的一个表面与上壁111和侧壁113的内表面接触。因此，通过散热器110 的散热功能进行冷却。发热组件可以配置有谐振线圈、PFC线圈、变压器和芯体中的任何一种。
在这种情况下，当发热元件140主要由高散热元件构成并且设置在基板141上时，与设置在基板141上的发热元件140的表面相对的表面与散热器110的每个内壁表面接触，使得发热元件140通过散热器110散热。发热元件140可以由功率半导体元件如 MOSFET、IGBT、或二极管构成，并且每个器件均由基板141上的电路连接和驱动，用来将从外部施加于充电模块的AC功率转换为DC功率。功率半导体元件的发热元件140在被驱动以便将施加至充电模块的AC功率转换为PC功率的同时经受损耗，发热元件140产生的热量与发生的损耗同样多，并且损耗越多， 产生的热量越多。因此，进一步需要实时冷却。结果，如现有技术中所描述的，由于应当采用连散热器110的侧部都强制冷却的结构以便更加有效地对设置于散热器110内的发热元件140进行散热，因而形成了由覆盖散热器110的外部至散热器110的下侧部(lowerside portion)的风扇罩120的侧部获得的侧面延伸部122，以允许从上部风扇130排放的冷却空气一直流动至散热器110的下侧部。为此，为支撑设置在散热器110顶部上的风扇130而耦接的风扇罩120，可以由覆盖散热器110顶部的上罩121和从上罩121的侧部延伸至底部的侧面延伸部122构成。预定间隔空间150可以在散热器110的侧部与侧面延伸部122之间形成。在这种情况下，从位于散热器110顶部上的上部风扇130排放的冷却空气如图1 所示从散热器110的顶部强制流动至散热器110的侧部，并且流动至在散热器110的侧部与风扇罩120的侧面延伸部122之间的间隔空间150，以冷却与散热器110的侧壁113的内表面接触的发热元件140。也就是说，当从风扇130排放的冷却空气经由为覆盖散热器110的外周表面而耦接的风扇罩120流动时，在散热器110与风扇罩120的侧面延伸部122之间形成的间隔空间150用作风道，以冷却包括散热器110的顶部的所有侧表面，从而提高冷却效率。同时，图2是根据本发明第二示例性实施方式的充电模块的剖面图。在以下对示例性实施方式的详细描述中，对于与第一示例性实施方式相同的组件，不再进行重复描述，相同的参考标号指的是相同的组件。如图中所示，根据示例性实施方式的充电模块100可以包括散热器110、覆盖散热器Iio的顶部且具有安装于其上部中心处的风扇130的风扇罩120、以及插入散热器110的侧壁中的热管160。类似于第一示例性实施方式，散热器110包括埋入电路的盒型壳体和电路连接于其中的功率转换电子组件。多个发热元件140安装在基板141上，其中发热元件140的一个表面与顶部的底表面或侧壁的内侧表面耦接。下文中，对于第一示例性实施方式的散热器110，将省略重复性的详细描述。此外，热管160垂直地穿入散热器110的侧壁。由于包括冷却水的制冷剂在热管 160中循环，所以与侧壁113的内表面接触的发热元件140通过从侧壁113散热而冷却。热管160插入散热器110的侧壁113中，使得热管160的上端突出在侧壁113的顶部上。多个销170耦接到热管160的上端以垂直于热管160，上述热管160的上端突出在散热器110的侧壁的顶部上。在这种情况下，销170用于提高散热器110的侧壁113经由热管160的散热特性。销170与通过散热器110顶部上的风扇130流动的冷却空气接触，从而通过销170更快地冷却热管160，结果，可以进一步提高散热器110的侧壁113的冷却效率。由于只有通过最大程度地增加销170与在散热器110顶部上流动的冷却空气接触的接触面积，才可以提高冷却性能，因而优选增加销170的数量或增大销170的面积。此外，在根据示例性实施方式的充电模块的情况下，当热管160插入散热器110的侧壁113中并且多个销170设置于其上端的时候，如第一示例性实施方式中所描述的，风扇罩120的侧面延伸部122延伸至散热器110的侧表面，以提高散热器110的冷却效率。在根据第一示例性实施方式和第二示例性实施方式的充电模块100中，由于发热元件140除了连接至上壁111的底部之外还连接至侧壁113的内表面上从而进行散热，因而能够提高发热元件140在散热器110中进行安装的自由度，并且由于安装空间延伸至侧部，因而可以防止由于发热元件接触所引起的短路。此外，由于冷却空气的接触面积增大，所以能够提高散热器110的总冷却效率。如上所述，根据本发明的示例性实施方式，由于散热器的侧壁可以通过冷却空气经由风扇罩的侧面延伸部的流动以及直接插入侧壁中的热管而进行冷却，所以发热元件除了通过散热器的上壁底部之外还通过侧壁的内表面而进行冷却，使得能够提高设置在散热器中的发热元件的安装自由度，并且由于发热元件的安装空间延伸至侧部，所以可以防止由于发热元件的接触而引起的短路。此外，通过风扇的冷却空气经由风道类型的侧面延伸部与散热器的侧部直接接触，并且插入散热器侧壁的热管通过销接触被冷却，使得其中散热器与冷却空气接触的面积增大，结果，可以提高散热器的总冷却效率。尽管已经出于示例性目的披露了本发明的示例性实施方式，但是本领域技术人员会明了，各种修改、增加和替换是可能的，而不会偏离如所附权利要求中限定的本发明的范围和精神。因此，本发明的范围不应解释为局限于所描述的实施方式，而是应当由所附权利要求及其等同物所限定。
权利要求
1.一种充电模块，包括散热器；风扇罩，安装为覆盖所述散热器的外部并且包括与所述散热器的侧表面形成预定间隔空间的侧面延伸部；以及风扇，设置在所述风扇罩的上部中心处。
2.根据权利要求1所述的充电模块，其中，所述散热器还用作壳体，埋入用于给电池充电的电路和连接至其中的所述电路的BMS的功率转换组件，并且包括突出至外部的多个冷却销。
3.根据权利要求2所述的充电模块，其中，在所述散热器中，除了连接至基板上的发热元件之外还包括线圈的发热组件，设置为与内侧壁接触，并且从所述发热元件或发热组件释放的热量通过所述散热器的侧壁散热至外部。
4.根据权利要求3所述的充电模块，其中，所述发热元件是功率半导体元件，如 MOSFET、IGBT、或二极管。
5.根据权利要求3所述的充电模块，其中，所述发热组件由谐振线圈、PFC线圈、变压器、和芯体中的任一种构成。
6.一种充电模块，包括散热器；风扇罩，覆盖所述散热器的顶部；风扇，设置在所述风扇罩的上部中心处；以及热管，插入所述散热器的侧壁中，以通过制冷剂的循环从所述散热器的侧壁散热。
7.根据权利要求6所述的充电模块，其中，在所述散热器中，除了连接至基板上的发热元件之外还包括线圈的发热组件，设置为与内侧壁接触，并且从所述发热元件或发热组件释放的热量通过所述散热器的侧壁散热至外部。
8.根据权利要求6所述的充电模块，其中，所述热管插入所述侧壁中使得所述热管的上端突出至所述散热器的侧壁的顶部，并且多个销耦接到所述热管的顶部上。
9.根据权利要求8所述的充电模块，其中，所述销耦接至所述热管的上端以垂直于所述热管的上端。
10.根据权利要求7所述的充电模块，其中，所述发热元件是功率半导体元件，如 MOSFET、IGBT、或二极管。
11.根据权利要求6所述的充电模块，其中，所述风扇罩包括侧面延伸部，所述侧面延伸部在所述风扇罩侧部上延伸至所述散热器的侧表面。
12.根据权利要求7所述的充电模块，其中，所述发热组件由谐振线圈、PFC线圈、变压器和芯体中的任一种构成。
全文摘要
本发明披露了一种用于给高容量电池充电的充电模块。根据本发明的示例性实施方式的充电模块包括散热器；覆盖散热器的顶部的风扇罩；设置在风扇罩的上部中心处的风扇；以及插入散热器的侧壁中以通过制冷剂的循环从散热器的侧壁散热的热管。由于散热器的侧壁可以通过冷却空气经由风扇罩的侧面延伸部的流动以及直接插入侧壁中的热管而进行冷却，所以发热元件除了通过散热器的上壁底部之外还通过侧壁的内表面而进行冷却，使得能够提高设置在散热器中的发热元件的安装自由度，并且由于发热元件的安装空间延伸至侧部，所以可以防止由于发热元件的接触而引起的短路。
文档编号H02J7/00GK102386640SQ201110135770
公开日2012年3月21日 申请日期2011年5月24日 优先权日2010年8月30日
发明者崔硕文, 金钟满, 韩奎范 申请人:三星电机株式会社