一种集成水道的电容模块和应用该电容模块的功率模块的制作方法

1.本发明涉及功率模块冷却技术领域，尤其涉及一种集成水道的电容模块和应用该电容模块的功率模块。


背景技术：

2.随着技术发展，新能源汽车因其环保和节能的优势，成为当前汽车发展的新趋势。电驱动系统作为电动汽车的重要动力系统，作用相当重要。随着电驱动系统的发展，要求电机控制功率密度提高、集成度提高。电机控制器是新能源汽车的一个重要部件，在控制器中往往含有较多零部件，在工作一段时间后各个零部件会产生较多热量，为保证各重要零部件正常运转，必须保证其中电容、功率模块等器件正常散热。
3.现有的电容冷却装置大多是与电容分开设计的，冷却装置主要是集成在控制器外壳体上或者是独立的冷却结构，且由于安装方式及结构的限制，多为单面水冷，导致成本较高且散热效率较差。


技术实现要素：

4.为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种集成水道的电容模块和应用该电容模块的功率模块，用于解决现有电容模块单面散热水道结构成本较高且散热效率较差的问题。
5.本发明公开了一种集成水道的电容模块，
6.包括壳体，以及设置于所述壳体内的工作区；
7.所述壳体上在所述工作区两侧分别设有第一水道和第二水道，且在所述第一水道和第二水道在两端分别汇集成进水部和出水部；
8.所述进水部和所述出水部均沿着与所述第一水道和第二水道垂直的方向设置；
9.所述壳体底部设有分别与所述进水部和所述出水部连通的进水口和出水口；
10.在电容模块的工作区处于工作状态下，冷却水由进水口通过进水部分别进入第一水道和第二水道内，并汇集进入出水部由出水口排出，以形成作用于所述工作区的并联冷却路径。
11.优选地，所述第一水道和第二水道结构一致，均包括沿冷却水流动方向依次连通的第一区域、第二区域和第三区域；且在所述第一区域、第二区域和第三区域中，相对所述工作区一侧侧壁上均设有若干散热柱。
12.优选地，所述第一区域、第二区域和第三区域均包括截面呈多边形的蓄水区，以及设置在蓄水区两端用于连通所述第一区域、第二区域、第三区域及进水部、出水部的引流区；
13.所述引流区深度低于所述蓄水区深度。
14.优选地，所述散热柱间隔均匀分布在所述第一水道和第二水道的蓄水区内，相对所述工作区一侧的侧壁上。
15.优选地，各个所述散热柱垂直设于所述第一水道和第二水道的侧壁上，向所述工作区方向延伸。
16.优选地，所述第一区域、第二区域和第三区域内的散热柱分布密度可调。
17.优选地，所述第一区域、第二区域和第三区域内的散热柱分布密度依次逐级增加，且每一级增加幅度范围为10％-25％。
18.本发明还提供一种功率模块，
19.包括上述的电容模块；
20.还包括用于放置所述电容模块的外壳；
21.所述外壳上开设有分别于所述第一水道和第二水道并列的第三水道和第四水道；
22.所述第三水道和所述第四水道两端分别与所述进水部和出水部连通，且所述进水口和所述出水口延伸出所述外壳；
23.所述电容模块的侧壁上连接有若干功率元件；
24.在功率模块的工作区处于工作状态下，冷却水由进水口通过进水部分别进入第一水道、第二水道、第三水道和第四水道内，并汇集进入出水部由出水口排出，以形成作用于所述工作区和所述功率元件的双重并联冷却路径。
25.优选地，所述第三水道和第四水道在相对所述功率元件一侧的侧壁上设有若干散热器。
26.优选地，所述第三水道和第四水道的侧壁上设有若干散热柱。
27.采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：
28.本发明利用设置于电容模块的工作区两侧的第一水道和第二水道，形成并联水道，使得工作区被限制在两个水道之间，实现对电容模块的双面散热，除此之外，还在第一水道和第二水道侧壁设置可调的散热柱，如设置沿着冷却水流动方向密度逐渐增加，以进一步增加散热效果，合理利用空间占用的同时实现较佳的散热效果。同时，还提供应用该集成水道的电容模块的功率模块，且该功率模块在外壳上集成第三水道和第四水道内，以形成作用于所述工作区和所述功率元件的双重并联冷却路径，以提高对整个功率模块的散热效果。
附图说明
29.图1为本发明所述一种集成水道的电容模块和应用该电容模块的功率模块的实施例一的结构示意图；
30.图2为本发明所述一种集成水道的电容模块和应用该电容模块的功率模块的实施例一中体现第一水道和第二水道的结构示意图；
31.图3为本发明所述一种集成水道的电容模块和应用该电容模块的功率模块中体现进水部和出水部的结构示意图；
32.图4为本发明所述一种集成水道的电容模块和应用该电容模块的功率模块中体现散热柱的结构示意图；
33.图5为本发明所述一种集成水道的电容模块和应用该电容模块的功率模块的实施例二的结构示意图；
34.图6为本发明所述一种集成水道的电容模块和应用该电容模块的功率模块的实施
例二中体现第三水道和第四水道的结构示意图.
35.附图标记：
36.1-壳体；11-工作区；21-第一水道；22-第二水道；31-进水部；32-出水部；33-进水口；34-出水口；4-散热柱；51-第三水道；52-第四水道；6-功率元件。
具体实施方式
37.以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。
38.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
39.在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
40.应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在
……
时”或“当
……
时”或“响应于确定”。
41.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
42.在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
43.在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身并没有特定的意义。因此，“模块”与“部件”可以混合地使用。
44.实施例一：本实施例公开了一种集成水道的电容模块，参阅图1-图4，其中，图1为电容模块的俯视图，以此为参考，仅示出部分元件，保证电容模块正常工作的其他元件在此不作赘述。具体的，包括壳体，以及设置于所述壳体内的工作区；具体的，所述壳体采用金属材料，该工作区内用于实现电容模块的滤波、振荡等功能。所述壳体上在所述工作区两侧分别设有沿所述电容模块长度方向设置的第一水道和第二水道，且在所述第一水道和第二水道在两端分别汇集成进水部和出水部；所述进水部和所述出水部均沿着与所述第一水道和第二水道垂直的方向设置；由此形成进水部和出水部之间两条并联散热路线。
45.所述壳体底部设有分别与所述进水部和所述出水部连通的进水口和出水口；在电容模块的工作区处于工作状态下，冷却水由进水口通过进水部分别进入第一水道和第二水道内，并汇集进入出水部由出水口排出，以形成作用于所述工作区的并联冷却路径。在上述实施方式中，第一水道和第二水道组成并联水道，可以视作为该工作区被限制在该并联水道内，由此实现对该工作区的双面散热，同时进水口和出水口均设置在壳体底部，不会影响壳体两端在使用过程中与其他器件的连接。
46.在本实施方式中，所述第一水道和第二水道结构一致，均包括沿冷却水流动方向依次连通的第一区域、第二区域和第三区域；即，将第一水道和第二水道均分为三个部分，需要说明的是，该第一区域、第二区域和第三区域可以是大小一致的，也可以是逐渐增大或者逐渐减小的，作为优选地，所述第一区域、第二区域和第三区域均包括截面呈多边形的蓄水区，以及设置在蓄水区两端用于连通所述第一区域、第二区域、第三区域及进水部、出水部的引流区，具体的，该多边形可以是六边形，以形成近似多个蜂巢连接的形状，所述引流区深度低于所述蓄水区深度，即，引流区内的容量小于蓄水区的容量，从而使得水流由蓄水区进入引流区时形成移动一定压力，在各个区域之间流动，
47.在上述实施方式中，在所述第一区域、第二区域和第三区域中，相对所述工作区一侧侧壁上均设有若干散热柱，用于进一步对通过第一水道和第二水道的冷却水进行散热，从而提高对工作区的但热效果。具体的，所述散热柱间隔均匀分布在所述第一水道和第二水道的蓄水区内，相对所述工作区一侧的侧壁上，也可以，以一定的规律布间隔非均匀分布，比如分布呈预设形状或沿某一方向逐渐变化分布，散热柱形状也可设置为包括但不限于圆柱体或长方体等。更为具体的，各个所述散热柱垂直设于所述第一水道和第二水道的侧壁上，向所述工作区方向延伸，从而使得位于其中的冷却水通过散热柱之间的间隙流动，以对其进行散热，作为举例的，散热柱还可分布为以形成一通道，当冷却水在第一水道或第二水道内时，沿着该散热柱形成的通道流动，使得冷却水被限制在两列散热柱形成的平面之间，从而在冷却水两侧进行双向散热，进一步，还可设置该形成的通道呈s型或z型等，一方面增加冷却水在各个区域内流动的时间，从而增加对电容模块的散热时间，同时也增加散热柱与冷却水的接触面积，进一步提高散热效果。
48.在一个较佳的实施方式中，参考图4，以第一水道为例，所述第一区域、第二区域和第三区域内的散热柱分布密度可调。需要说明的是，此处可调可以指各个区域的散热柱密度分布可变化，也可以是散热柱长度可调(如在任一区域内设置长度不一的散热柱)，在本具体实施方式中，散热柱通过焊接固定在第一通道和第二通道内，因此可以预先设置固定的散热柱的数量，作为举例的，还可以设置散热柱可拆卸连接在第一通道和第二通道内，可拆卸连接结构包括但不限于现有常见的结构、粘结剂等方式，确保工作状态下冷却水可通过第一水道和第二水道即可。具体的，在本实施方式中，散热柱所述第一区域、第二区域和第三区域内的散热柱分布密度依次逐级增加，且每一级增加幅度范围为10％-25％，此处设置主要是考虑到沿着冷却水的流动方式，水温不断升高，散热效果逐渐降低，因此基于此增加散热柱的分布密度，从而逐渐增加散热柱对冷却水的散热程度，以便在冷却水位于第一水道或第二水道一段时间后还能保持较佳的散热效果，同时提高对电容模块散热的均匀性。
49.在本实施方式中，进一步作为优选地，还可设置进一步提高散热效果的设计，作为
举例而非限定的，还可将第一水道或第二水道设计成曲线或折线，进一步增加散热路径，同时可设置散热柱的分布，具体的，如将第一水道设置成上下布置的s型弯道，并从上之下逐渐增加散热柱的分布密度。进一步作为优选地，还可以设置散热柱的分布密度沿着冷却水流动方向逐渐降低，以增加第一区域的阻力，使得冷却水在第一区域停留的时间增加，此时冷却水处于一个较低的温度，进而增加处于低温的冷却水在第一水道或第二水道内的时间，而随着冷却水流动温度逐渐升高，此时散热柱密度减少，使得温度较高的冷却水快速流出，从而实现较佳的冷却效果。除上述外，还可设置第一水道或第二水道底部沿冷却水流动方向深度逐渐变大，或者在第一水道或第二水道底部设置导流板，用于减少冷却水通过第一水道或第二水道的阻力。
50.在本实施方式中，利用设置于电容模块的工作区两侧的第一水道和第二水道，形成并联水道，使得工作区被限制在两个水道之间，实现对电容模块的双面散热，双面水冷，能有效的提高散热效率，从而降低电容容值，提高容积比，降低成本。同时散热与电容集成，能减少额外冷却装置的使用，有效降低成本。第一水道与第二水道在两端交汇分别设置进水部和出水部，并设置进水口和出水口，合理利用空间占用的同时实现较佳的散热效果。除此之外，还在第一水道和第二水道侧壁设置可调(密度或长度可调)的散热柱，如设置沿着冷却水流动方向密度逐渐增加，以进一步增加散热效果。除此之外，集成的电容装置为金属外壳，替换了电容常用的塑料外壳，有效的提高了电容整体强度，增加了电容的机械可靠性，且由于金属外壳到热效率远高于塑料外壳，进一步的提高了散热效率。
51.实施例二：本实施例提供一种功率模块，参阅图3-图6，其中，图5为功率模块整体的俯视图，图4为以第一水道为示例的散热柱的密度分布可调的展示图，包括上述实施例一中所述的电容模块；还包括用于放置所述电容模块的外壳，该外壳采用金属材料制成，外壳内还可包括在电容模块外侧的其他元件，所述外壳上开设有分别于所述第一水道和第二水道并列的第三水道和第四水道；所述第三水道和所述第四水道两端分别与所述进水部和出水部连通，且所述进水口和所述出水口延伸出所述外壳；由此，可形成由进水部进入后四条并联水道用于对该功率模块进行散热，所述电容模块的外壁上分别连接有若干功率元件。除了上述散热柱的进一步散热外，第三水道和第四水道对其中的电容模块及其他元件或上述功率元件进行散热。需要说明的是，本实施方式提供的功率模块还包括其他需要的零件，包括但不限于螺钉等，用于保证功率模块的应用，在此不作赘述。
52.在本实施方式中，在功率模块的工作区处于工作状态下，冷却水由进水口通过进水部分别进入第一水道、第二水道、第三水道和第四水道内，并汇集进入出水部由出水口排出，以形成作用于所述工作区和所述功率元件的双重并联冷却路径，本实施方式中第一水道、第二水道、第三水道和第四水道相互并列，形成内外的双重并联水道，内并联水道用于电容模块的散热，外并联水道用于功率模块整体的散热，同时，功率元件固定于电容模块外壁上，可以视作为被限制在内外并联水道之间，进一步增加了对其的散热效果，提高散热效率。需要说明的是，第一水道、第二水道、第三水道的描述仅用于区分沿着电容模块或功率模块长度方向布置的水道，以便于清晰描述形成的双重并联冷却路径。
53.在一个较佳的实施方式中，所述第三水道和第四水道在相对所述功率元件一侧的侧壁上设有若干散热器，该散热器相对于功率元件布置，且由于功率元件位于电容模块外壁上，因此，所述散热器也朝向电容模块，可进一步增加散热效果，散热器可以间隔均匀分
布，也可以间隔非均匀分布，散热器也可以正对着功率元件分布，进一步的，类似于第一水道和第二水道的，所述第三水道和第四水道的侧壁上也设有若干散热柱，冷却水通过散热柱进行降温，以进一步达到更佳的散热效果。作为说明的，第三水道和第四水道与第一水道和第二水道的设置可以是一致的，也可以是不完全一致的，也就是说，如第三水道与第四水道上的散热柱也可以实施例一所述的在分布密度和长度上可调(可参考图4，需要说明的是，图4仅以第一水道示出分布密度变化，第二水道、第三水道或第四水道均可与其一致或基于此适应性变化)，包括但不限于沿着冷却水流动方向密度逐渐增大或减小、按照预设规则排列等。
54.在本实施方式中，通过第一水道、第二水道、第三水道和第四水道内，以形成作用于所述工作区和所述功率元件的双重并联冷却路径，具体的为内外双重并联水道，使得电容模块限制在内水道之间，而部分其他元件限制在内外水道之间，以提高对整个功率模块的散热效果，解决现有电容模块单面散热水道结构成本较高且散热效率较差的问题，实现功率模块内外多面散热，区别于现有技术中常见的采用外置水道或散热装置，将各个水道与模块集成一整体，提高空间占用率的同时保持较好的散热效果。
55.应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。