[发明专利]电力电子堆叠组合件

说明书

技术领域

本发明涉及一种电子电力堆叠组合件，其呈现特征为直接冷却其中容纳的半导体模块的优势；即，所述半导体模块通过与经由辐射器元件和前述半导体模块循环的冷却剂流体直接接触而得以冷却。

背景技术

本发明的应用领域为电子电力转换器：从交流电到交流电、直流电到直流电、交流电到直流电，且反之亦然。半导体模块、冷凝器、用于不同元件之间的电连接的母线以及辐射器包含于组合件中。这种配置使得能够获得紧凑、高性能的组合件，从而实现制造成本的改善。

使用电子电力转换器控制电动机的速度和扭矩在工业和能源产业中众所周知；其还用于控制连接到电网的系统(例如用于发电的风力涡轮发电机和光伏反相器(有源和反应性的)，或用于在交流电系统中产生无功功率的STATCOM(静态同步补偿器))中的功率和电流，或用于控制直流电系统(例如整流器和HVDC(高压直流电)传输系统或用于蓄电池或燃料电池的控制系统)中的功率和电流。

当前，混合动力车辆以及单独通过电运行的车辆的重要性不断地增大，其中组件的大小和重量以及其运行温度都至关重要。

本质上，所有系统共同地共享高功率电子模块(例如二极管和IGBT)和例如冷凝器等能量存储元件的使用。所有这些元件归因于运行期间的能量损失而产生相当大量的热。此热必须通过高效冷却系统耗散掉，所述冷却系统必须维持所有组件的温度在控制下且低于运行温度限制。

在过去，使用具有受迫气流的气冷式辐射器；这些辐射器低廉且稳健，但在功率损耗高时效率低。一段时间以后，采用通过流过通道的水冷却的辐射器，其中载热流体被引导经过上面附接待冷却元件的封闭管道。尽管此类型的辐射器复杂得多(因为这种类型的辐射器需要辅助抽汲系统来使流体移动，且空气-水辐射器具有强制通风以耗散热)，但这些系统比气冷式辐射器的效率高得多。

所装配元件之间的温度差在电力电子冷却系统中不可避免并且还是不合需要的，因为其间的高温度差将组合件的能力限制于最热元件的温度而非元件总体的温度。

在本专利中，已开发直接冷却辐射器，其中载热流体与待冷却元件直接接触，从而归因于待冷却元件与冷却剂流体之间的低热阻而实现更高效的热传递且可容易地控制。借助于此类型的冷却，可降低设备的大小。此使得能够减小设备的重量，增大能量特定密度且降低每电力单元的成本。

发明内容

本发明涉及一种电力电子堆叠组合件，其包括：至少一个辐射器元件，冷却剂流体流过所述至少一个辐射器元件，其中所述辐射器元件包括至少一个外壳；在所述至少一个外壳中的至少一个安装基底；至少一个半导体模块，其附着到至少一个安装基底；至少一个驱动器元件，其附着在至少一个半导体模块上；至少一个冷凝器；母线，其用以连结所述组合件的电组件，其中所述辐射器元件的至少一个外壳包括用于使流体通过的至少一个通孔，所述冷却剂流体经由所述至少一个通孔朝向出现于所述安装基底与所述半导体模块之间的通道流过在所述安装基底中形成的多个穿孔，所述冷却剂流体变得与至少一个半导体模块直接接触。

所述电子电力堆叠组合件的所述辐射器元件包括第一歧管和第二歧管，其方式为使得所述冷却剂流体从所述第一歧管流动到所述第二歧管，从而变得与所述半导体模块接触且冷却所述半导体模块。

为本发明的目标的所述电子电力堆叠组合件的冷却剂流体直接冷却所述半导体模块，以平行方式经由出现于不同安装基底与形成电子电力堆叠的半导体模块之间的通道从所述第一歧管流动到所述第二歧管，维持流过两个歧管的相同方向，且确保最热半导体模块与最冷半导体模块之间的温度差小于或等于3摄氏度。

为本发明的目标的所述电子电力堆叠组合件的辐射器元件包括快速连接，用于将冷却剂流体装填到第一歧管和第二歧管两者中。

所述电子电力堆叠组合件对于每一半导体模块包括：所述安装基底，所述安装基底对于每一半导体模块是独立的，使得所述半导体模块彼此独立；在所述辐射器元件与所述安装基底之间的数个第一O形环，以保证所述安装基底与所述辐射器元件之间的接点的水密性；数个第二O形环，以保证所述半导体模块与所述安装基底之间的接点的水密性。

出现于所述安装基底与所述半导体模块之间的所述通道的厚度小于1mm，且所述通道经设计以实现每一半导体模块与所述冷却剂流体之间的最低热阻。

为本发明的目标电子电力堆叠组合件的安装基底包括位置对应于用于使流体从所述辐射器元件通过的所述通孔的多个穿孔。