高度集成的电力电子模块总成的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力电子系统，并且更具体地但不限于利用蒸汽室的高度集成的电力电子模块总成。
【背景技术】
[0002]电力电子(Power electronic)系统在多种现代装置中提供电力。例如，电力电子系统可以在计算机、车辆、照明装置和很多其它装置中输出电力。
[0003]电力电子系统通常利用电力电子模块总成来提供电力。一般而言，电力电子模块总成产生的热量随着装置的电力输出增加而增加。因此，有必要对电力电子模块总成产生的热量进行热量管理。
【发明内容】
[0004]根据本发明的示例方面，电力电子模块总成包括蒸汽室、集成至蒸汽室第一表面的基板。至少一个冷却部件集成至蒸汽室的第二表面。
[0005]在上述总成的进一步非限制性实施例中，电力电子模块总成不包括蒸汽室和基板以及至少一个冷却部件中每者之间的连接或中间层(bonding or interface layer)。
[0006]在上述任一总成的进一步非限制性实施例中，基板是绝缘金属基板(MS)。
[0007]在上述任一总成的进一步非限制性实施例中，基板包括至少一个金属层和至少一个介电层。
[0008]在上述任一总成的进一步非限制性实施例中，第一表面是蒸汽室的顶面而第二表面是蒸汽室的底面。
[0009]在上述任一总成的进一步非限制性实施例中，将热源装置安装至基板。
[0010]在上述任一总成的进一步非限制性实施例中，将基板直接连接(direct bonded)
至第一表面。
[0011 ] 在上述任一总成的进一步非限制性实施例中，通过直接沉积(directdeposit1n)将基板集成在第一表面上。
[0012]在上述任一总成的进一步非限制性实施例中，将基板至少部分地集成在蒸汽室的内部。
[0013]在上述任一总成的进一步非限制性实施例中，至少一个冷却部件包括翅片或针状物。
[0014]根据本发明的另一个示例方面，车辆包括控制器、安置于控制器中并且具有蒸汽室和集成至蒸汽室的基板的电力电子模块总成。
[0015]在上述任车辆的进一步非限制性实施例中，控制器是逆变器系统控制器。
[0016]在上述任一车辆的进一步非限制性实施例中，控制器是转换器系统控制器。
[0017]在上述任一车辆的进一步非限制性实施例中，控制器是组合有变压转换器的逆变器系统控制器。
[0018]在上述任一车辆的进一步非限制性实施例中，冷却部件与基板相对地集成至蒸汽室。
[0019]根据本发明的又一示例方面，一种用于提供高度集成的电力电子模块总成的方法，包括利用蒸汽室并且将基板集成至蒸汽室的第一表面。
[0020]在上述方法的进一步非限制性实施例中，方法包括将基板直接连接至第一表面。
[0021]在上述任一方法的进一步非限制性实施例中，方法包括将基板直接沉积在第一表面上。
[0022]在上述任一方法的进一步非限制性实施例中，方法包括将基板至少部分地包在蒸汽室内。
[0023]在上述任一方法的进一步非限制性实施例中，方法包括将至少一个冷却部件集成在蒸汽室的第二表面上。
[0024]根据本发明的一方面，提供一种车辆，包含:控制器；以及通过所述控制器容纳并且具有蒸汽室和集成至所述蒸汽室的基板的电力电子模块总成。
[0025]根据本发明的一个实施例，控制器是逆变器系统控制器。
[0026]根据本发明的一个实施例，控制器是转换器系统控制器。
[0027]根据本发明的一个实施例，控制器是组合有变压转换器的逆变器系统控制器。
[0028]根据本发明的一个实施例，包含与基板相对地集成至蒸汽室的冷却部件。
[0029]根据本发明的另一方面，提供一种高度集成的电力电子模块总成，包含:利用蒸汽室；将基板集成至蒸汽室的第一表面。
[0030]根据本发明的一个实施例，集成步骤包括:将基板直接连接至第一表面。
[0031]根据本发明的一个实施例，集成步骤包括:将基板直接沉积在第一表面上。
[0032]根据本发明的一个实施例，集成步骤包括:将基板至少部分地包在蒸汽室内部。
[0033]根据本发明的一个实施例，包含如下步骤:将至少一个冷却部件集成在蒸汽室的第二表面上。
[0034]本技术领域中的技术人员通过阅读具体实施例，本发明的多个特征和优点将变得显而易见。下面简要描述了与具体实施例匹配的附图。
【附图说明】
[0035]图1示意性地说明车辆的动力传动系统；
[0036]图2说明示例性电力电子模块总成；
[0037]图3说明图2中电力电子模块总成的蒸汽室；
[0038]图4A、4B和4C说明可以集成进电力电子模块总成的多个冷却部件；
[0039]图5说明另一种示例性电力电子模块总成；
[0040]图6说明又一种电力电子模块总成。
【具体实施方式】
[0041]本发明涉及改善了热性能的高度集成电力电子模块总成。本发明的电力电子模块总成利用了作为被动高效散热器(heat spreader)的蒸汽室。通过将基板和冷却部件集成在蒸汽室上或内而减小了总成的垂直封装(vertical footprint)。减小的垂直封装还可以使总成的热源-冷却剂(heat source-to-coolant)的热阻减小,从而改善热均勻(thermaluniformity)和性能。
[0042]图1示意性地说明动力车辆12的传动系统10。在一个实施例中，车辆12是混合动力电动车辆(HEV)。尽管为描述为HEV，应理解此外描述的概念不限于HEV并且可以扩展到包括但不限于插电式混合动力电动车辆(PHEV)和电池电动车辆(BEV)的其它电动车辆。本发明的教导也可以应用到传统的机动车上。
[0043]在一个实施例中，动力传动系统10是利用包括发动机14和发电机(即第一电机)16组合的第一驱动系统以及至少包括马达36 (即第二电机)、发电机16和电池50的第二驱动系统的功率分流(powersplit)动力传动系统。例如，马达36、发电机16和电池50可以绘成动力传动系统10的电动驱动系统25。如下文更详细描述的，第一和第二驱动系统产生扭矩以驱动车辆12的一组或多组车辆驱动轮30。
[0044]可以通过动力传输单元18连接发动机14(比如内燃发动机)和发电机16。在一个非限制性实施例中，动力传输单元18是行星齿轮组。当然，包括其它齿轮组和传动装置的其它类型的动力传输单元可以用于将发动机14连接至发电机16。动力传输单元18可以包括环形齿轮20、中心齿轮22和齿轮架总成24。当发电机16作为发电机将动能转换为电能时通过动力传输单元18驱动。可替代地发电机16可以作为马达运转以将电能转换为动力，从而输出扭矩至连接至动力传输单元18的齿轮架总成24的轴26。因为发电机16可操作地连接至发动机18，可以通过发电机16控制发动机14的转速。
[0045]动力传输单元18的环形齿轮20可以连接至通过第二动力传输单元32连接至车辆驱动轮30的轴28。第二动力传输单元32可以包括具有多个齿轮34a、34b、34c、34d、34e和34f的齿轮组。还可以使用其它的动力传输单元。齿轮34a-34f从发动机14传输扭矩至差速机构38以提供牵引力至车辆驱动轮30。差速机构38可以包括能传输扭矩至车辆驱动轮30的多个齿轮。第二动力传输单元32机械连接至轴40通过差速机构38分配扭矩至车辆驱动轮30。
[0046]也可以利用马达36输出扭矩至也连接至第二动力传输单元32的轴46来驱动车辆驱动轮30。在一个实施例中，马达36和发电机16是再生制动系统的一部分,其中马达36和发电机16都可以作为马达运转来输出扭矩。例如，马达36和发电机16中的每者可以输出电力至高压总线48和电池50。电池50可以是能输出电力以运转马达36和发电机16的高压电池。还可以集成其它类型的能量存储装置和/或输出装置以供车辆12使用。
[0047]马达36、发电机16、动力传输单元18和动力传输单元32可以整体上称为车辆12的驱动桥42或传动装置。从而，当驾驶员选择特定挡位时，适当地控制驱动桥42以提供对应的挡位通过提供牵引力至车辆驱动轮30来推进车辆12。
[0048]动力传动系统10可以额外地包括用于监视和/或控制车辆12多个方面的控制系统44。例如，控制系统44可以与电动驱动系统25、动力传输单元18和32或者其它部件通信以监视和/或控制车辆12。控制系统44包括执行车辆12运转所需控制功能的电子件和/或软件。在一个实施例中，控制系统44是组合式车辆系统控制器和动力传动系统控制模块(VSC/PCM)。尽管显示为单个硬件装置，控制系统44可以包括多个硬件装置形式的多个控制器或者一个或多个硬件装置内多个软件控制器。
[0049]控制器局域网(CAN) 52允许控制系统44与驱动桥42通信。例如，控制系统44可以从驱动桥42接收信号以指示挡位之间是否出现转换。控制系统44也可以与电池50的电池控制模块或其它控制装置通信。
[0050]此外，电动驱动系统25可以包括一个或多个控制器54，比如逆变器系统控制器(ISC)。控制器54配置用于控制驱动桥42内的特定部件(比如发电机16和/或马达36)比如用于支持双向电力流动。在另一个实施例中，控制器54是转换器系统控制器。在又一个实施例中，控制器54是组合有变压转换器的逆变器系统控制器(ISC/VVC)。
[0051]控制器54可以容纳并利用作为车辆12的电力电子系统的一部分的一个或多个电力模块总成(在图1中标示为ΡΕΜΑ)60。当提供电力至车辆12的多个负荷时每个电力电子模块总成60可以产生相对显著量的热流(heat flux)。如下文详细描述的，车辆12的电力电子模块总成60可以集成有设计用于对该热流进行热量管理的多个部件。
[0052]图2说明可以在车辆(比如图1中的车辆12)中使用的示例电力电子模块总成60。在一个实施例中，电力电子模块总成60是车辆12的逆变器系统控制器的一部分。在另一个实施例中，电力电子模块总成60是车辆12的转换器系统控制器的一部分。在又一个实施例中，电力电子模块总成60是组合有变