热管理部件、功率模块系统及储能系统的制作方法

    专利查询2026-06-28  16


    本技术涉及储能器件领域,特别涉及一种热管理部件、功率模块系统及储能系统。


    背景技术:

    1、随着电力系统及电力电子技术的发展,柔性直流输电工程的快速发展对高压大功率igbt(insulated gate bipolar transistor,绝缘栅双极型晶体管)器件的需求越来越大,对其容量及可靠性要求也越来越高。

    2、功率模块工作时会产生大量的热量,散热问题除了影响其工作效率之外,同时也直接影响其使用寿命,通过水冷散热方式可以有效带走其热量。然而,在新型储能项目上,低温进水的水冷散热方式容易在功率模块外部形成冷凝水,导致短路的风险。


    技术实现思路

    1、有鉴于此,本技术提供了一种热管理部件、功率模块系统及储能系统,能够缓解功率模块因散热产生冷凝水的问题。

    2、本技术第一方面的实施例提出了一种热管理部件,包括:

    3、第一热管理件,所述第一热管理件内设有容纳腔,所述容纳腔包括相连通的蒸发段与冷凝段,所述容纳腔用于容纳第一冷却介质;

    4、第二热管理件,容纳于所述冷凝段内,所述第二热管理件内设有用于供第二冷却介质流动的流道。

    5、本技术实施例提供的热管理部件包括第一热管理件和第二热管理件,第一热管理件的蒸发段能够贴合功率模块以与功率模块换热,使第一冷却介质蒸发为气体;第二热管理件用于与第一冷却介质进行换热,使第一冷却介质在冷凝段冷凝为液体,第一冷却介质在气液相变过程中吸收了大量相变潜热,从而热管理部件能够对功率模块进行有效地散热。由于第二热管理件设于第一热管理件的内部且远离蒸发段,即使第二冷却介质的温度低于阀厅温度,也不易在功率模块表面产生冷凝水。当功率模块启动时,热管理部件的容纳腔可作为超导热传热通道,能够对功率模块进行散热;当功率模块不启动时,第一冷却介质不会产生大规模相变,容纳腔可作为绝热通道来降低在功率模块外部产生冷凝水的概率。因此,本技术提供的热管理部件既能够对功率模块有效散热,同时能够降低功率模块外部产生冷凝水的风险,进而降低因冷凝水导致短路的风险。

    6、在一些实施例中,所述第二热管理件的至少一个表面与所述容纳腔的内壁间隔设置。

    7、通过采用上述技术方案,第二热管理件的外壳与第一热管理件的外壳之间的热交换较少,不易使第一热管理件的外表面产生冷凝水。

    8、在一些实施例中,所述第二热管理件的每个外表面均与所述容纳腔的内壁间隔设置。

    9、通过采用上述技术方案,第二热管理件与第一热管理件绝热设置,第二热管理件的外壳与第一热管理件的外壳之间的传热量极,低从而第二冷却介质进入第二热管理件后,不易使第一热管理件的外表面产生冷凝水。

    10、在一些实施例中,所述第二热管理件的外表面与所述容纳腔的内壁之间的距离大于2mm。

    11、通过采用上述技术方案,第二热管理件不易接触容纳腔的内壁,隔绝第二冷却介质传输给功率模块的冷量,降低功率模块及第一热管理件产生冷凝水的概率。

    12、在一些实施例中,所述第一热管理件上开设有第一孔,所述热管理部件还包括连接管,所述连接管与所述流道相连通,所述连接管通过所述第一孔延伸至所述第一热管理件外。

    13、通过采用上述技术方案,连接管能够将外部的第二冷却介质流道引入流道内,和/或将流道内的第二冷却介质导出至外部,以使第二冷却介质在第二热管理件的流道内持续流动。

    14、在一些实施例中,所述热管理部件还包括密封件,所述密封件位于所述第一孔内以密封所述第一孔;所述密封件内设有第二孔,所述连接管穿设于所述第二孔内。

    15、通过采用上述技术方案,热管理部件能够利用密封件密封第一孔,使密封腔保持密闭状态。

    16、在一些实施例中,所述第一热管理件包括设有所述容纳腔的第一壳体,所述第二热管理件包括设有所述流道的第二壳体,所述密封件的导热系数小于所述第一壳体的导热系数、所述第二壳体的导热系数。

    17、通过采用上述技术方案,密封件和连接管组合,能够固定第二热管理件在容纳腔内部的位置;密封件的导热系数较低,能够增加第二热管理件的第二冷却介质入口的温度与容纳腔的温差。

    18、在一些实施例中,所述密封件包括相连接的第一部与第二部,所述第二孔贯穿所述第一部与所述第二部;

    19、所述第一部穿设于所述第一孔内,所述第二部位于所述第一热管理件的外部。

    20、通过采用上述技术方案,第一部延伸至容纳腔的一端包覆于连接管上,降低连接管与第一外壳接触的概率;第二部设于第一热管理件的外部,方便安装和拆卸密封件。

    21、在一些实施例中,所述第二热管理件上设有两个所述连接管,两个所述连接管分别用于供所述第二冷却介质流入和流出。

    22、通过采用上述技术方案,第二热管理件内的流道可持续地流通第二冷却介质,功率模块可与电池模组共用水冷系统。

    23、在一些实施例中,所述连接管为硬质管,所述连接管用于支撑所述第二热管理件,使所述第二热管理件与所述第一热管理件相间隔。

    24、由于第二热管理件通过连接管和密封件悬挂在容纳腔内,连接管为硬质管,从而连接管能够有效支撑第二热管理件,使第二热管理件与第一热管理件相间隔,避免使第二热管理件与第一热管理件接触。

    25、在一些实施例中,所述第二热管理件沿其厚度方向设有一层所述流道,所述流道包括多个子流道,多个所述子流道相互串联和/或并联。

    26、通过采用上述技术方案,第二热管理件能够充分利用单层流道进行集中散热,冷凝腔及第二热管理件所在区域不受功率模块区域孔位及大小的限制,流道大小及形式设计自由。

    27、在一些实施例中,所述第一热管理件上设有增强散热结构,所述增强散热结构设于所述第一热管理件的外表面和/或所述容纳腔内。

    28、通过采用上述技术方案,增强散热结构能够进一步提升第一热管理件的散热效率。

    29、在一些实施例中,所述增强散热结构包括设于所述第二热管理的外表面的散热翅片。

    30、通过采用上述技术方案,散热翅片增大了第二热管理件的表面积,提升了第二热管理件的换热效率,且提升了第一冷却介质的相变换热效率。当功率模块停机时,散热翅片增加了第二热管理件与环境的换热,用以提高第二热管理件的表面温度,进而防止冷凝水在功率模块处产生。

    31、在一些实施例中,所述第一热管理件、所述第二热管理件的材质包括铝合金、铜、塑料、陶瓷中的至少一种。

    32、通过采用上述技术方案,第一热管理件、第二热管理件能够分别作为第一冷却介质和第二冷却介质的载体,分别选择合适的材料即可。

    33、在一些实施例中,所述热管理部件还包括贴合于所述第一热管理件外表面的集水器,所述集水器的一端开设有集水槽,所述集水槽用于收集冷凝水。

    34、通过采用上述技术方案,集水器能够收集第一热管理件外侧的冷凝水,进一步降低冷凝水对功率模块的影响。

    35、在一些实施例中,所述集水器包括集水主体和连接于所述集水主体的连通管,所述集水槽开设于所述集水主体上,所述集水主体环绕于所述冷凝段的外部,所述连通管的一端与所述集水槽连通,另一端用于导出冷凝水。

    36、集水主体环绕于冷凝段的外部,从而冷凝水不易流至蒸发段而影响功率模块;连通管设于集水槽的下方,能够将集水槽收集的冷凝水导出至外部。

    37、在一些实施例中,所述热管理部件还包括充液接头,所述充液接头穿设于所述第一热管理件上,所述充液接头与所述容纳腔相连通,所述充液接头用于向所述容纳腔内充入所述第一冷却介质。

    38、充液接头能够向容纳腔内充入第一冷却介质,以使热管理部件能够长期使用,提升了热管理部件的使用寿命。

    39、在一些实施例中,所述充液接头可拆卸地连接于所述第一热管理件。

    40、通过采用上述技术方案,在第一热管理件上设计了可拆卸的充液接头,实现了定期替换充液接头,以及实现了重复充液,提升了热管理部件的使用寿命。

    41、在一些实施例中,所述充液接头包括依次连接的连接段、焊接段与切断段,所述连接段可拆卸地连接于所述第一热管理件,所述焊接段与所述切断段均为管状,所述焊接段与所述切断段可分割。

    42、通过采用上述技术方案,充液接头便于更换,且能够在充液后重新密封,不会破坏第一热管理件的密封性。

    43、在一些实施例中,所述第一热管理件的内壁在所述蒸发段内设有多个支撑结构,所述支撑结构自所述第一热管理件的一个内表面向所述容纳腔的内部延伸。

    44、通过采用上述技术方案,支撑结构增加了热源向第一冷却介质的传热面积,还增强了第一热管理件两面压装的支撑力。

    45、在一些实施例中,所述支撑结构呈弧形板状,多个所述支撑结构呈多圈圆环排列。

    46、本技术实施例提供的支撑结构能够与功率模块的形状和大小相适配,提升了支撑结构的接触面积和传热效率。

    47、在一些实施例中,所述容纳腔的内壁设有毛细结构;和/或,沿重力方向,所述冷凝段设于所述蒸发段的上方。

    48、通过采用上述技术方案,热管理部件可通过毛细结构的毛细力和/或重力作用将冷凝为液态的第一冷却介质回流至蒸发段,实现了第一冷却介质在容纳腔内的循环。

    49、本技术第二方面的实施例提出了一种功率模块系统,包括:

    50、如第一方面所述的热管理部件;

    51、功率模块,与所述第一热管理件的蒸发段对应设置。

    52、通过采用上述技术方案,热管理部件能够对功率模块进行散热,降低了功率模块及热管理部件上产生冷凝水的概率,进而降低了因冷凝水导致的短路风险。

    53、在一些实施例中,所述热管理部件的数量为多个,所述功率模块系统还包括换热管路,所述换热管路连接多个所述热管理部件的流道。

    54、通过采用上述技术方案,换热管路能够使第二冷却介质在多个第二热管理件内流通,形成散热回路,散热效率较高。

    55、本技术第三方面的实施例提出了一种储能系统,包括如第二方面所述的功率模块系统。

    56、上述说明仅是本技术技术方案的概述,为了能够更清楚了解本技术的技术手段,而可依照说明书的内容予以实施,并且为了让本技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂,以下特举本技术的具体实施方式。


    技术特征:

    1.一种热管理部件,其特征在于,包括:

    2.如权利要求1所述的热管理部件,其特征在于,所述第二热管理件的至少一个表面与所述容纳腔的内壁间隔设置。

    3.如权利要求2所述的热管理部件,其特征在于,所述第二热管理件的每个外表面均与所述容纳腔的内壁间隔设置。

    4.如权利要求3所述的热管理部件,其特征在于,所述第二热管理件的外表面与所述容纳腔的内壁之间的距离大于2mm。

    5.如权利要求1所述的热管理部件,其特征在于,所述第一热管理件上开设有第一孔,所述热管理部件还包括连接管,所述连接管与所述流道相连通,所述连接管通过所述第一孔延伸至所述第一热管理件外。

    6.如权利要求5所述的热管理部件,其特征在于,所述热管理部件还包括密封件,所述密封件穿设于所述第一孔内以密封所述第一孔;所述密封件内设有第二孔,所述连接管穿设于所述第二孔内。

    7.如权利要求6所述的热管理部件,其特征在于,所述第一热管理件包括设有所述容纳腔的第一壳体,所述第二热管理件包括设有所述流道的第二壳体,所述密封件的导热系数小于所述第一壳体的导热系数、所述第二壳体的导热系数。

    8.如权利要求6所述的热管理部件,其特征在于,所述密封件包括相连接的第一部与第二部,所述第二孔贯穿所述第一部与所述第二部;

    9.如权利要求6所述的热管理部件,其特征在于,所述第二热管理件上设有两个所述连接管,两个所述连接管分别用于供所述第二冷却介质流入和流出。

    10.如权利要求5所述的热管理部件,其特征在于,所述连接管为硬质管,所述连接管用于支撑所述第二热管理件,使所述第二热管理件与所述第一热管理件相间隔。

    11.如权利要求1-10中任一项所述的热管理部件,其特征在于,所述第二热管理件沿其厚度方向设有一层所述流道,所述流道包括多个子流道,多个所述子流道相互串联和/或并联。

    12.如权利要求1-10中任一项所述的热管理部件,其特征在于,所述第一热管理件上设有增强散热结构,所述增强散热结构设于所述第一热管理件的外表面和/或所述容纳腔内。

    13.如权利要求12所述的热管理部件,其特征在于,所述增强散热结构包括设于所述第二热管理的外表面的散热翅片。

    14.如权利要求1-10中任一项所述的热管理部件,其特征在于,所述第一热管理件、所述第二热管理件的材质包括铝合金、铜、塑料、陶瓷中的至少一种。

    15.如权利要求1-10中任一项所述的热管理部件,其特征在于,所述热管理部件还包括贴合于所述第一热管理件外表面的集水器,所述集水器的一端开设有集水槽,所述集水槽用于收集冷凝水。

    16.如权利要求15所述的热管理部件,其特征在于,所述集水器包括集水主体和连接于所述集水主体的连通管,所述集水槽开设于所述集水主体上,所述集水主体环绕于所述冷凝段的外部,所述连通管的一端与所述集水槽连通,另一端用于导出冷凝水。

    17.如权利要求1-10中任一项所述的热管理部件,其特征在于,所述热管理部件还包括充液接头,所述充液接头穿设于所述第一热管理件上,所述充液接头与所述容纳腔相连通,所述充液接头用于向所述容纳腔内充入所述第一冷却介质。

    18.如权利要求17所述的热管理部件,其特征在于,所述充液接头可拆卸地连接于所述第一热管理件。

    19.如权利要求18所述的热管理部件,其特征在于,所述充液接头包括依次连接的连接段、焊接段与切断段,所述连接段可拆卸地连接于所述第一热管理件,所述焊接段与所述切断段可分割。

    20.如权利要求1-10中任一项所述的热管理部件,其特征在于,所述第一热管理件的内壁在所述蒸发段内设有多个支撑结构,所述支撑结构自所述第一热管理件的一个内表面向所述容纳腔的内部延伸。

    21.如权利要求20所述的热管理部件,其特征在于,所述支撑结构呈弧形板状,多个所述支撑结构呈多圈圆环排列。

    22.如权利要求1-10中任一项所述的热管理部件,其特征在于,所述容纳腔的内壁设有毛细结构;和/或,

    23.一种功率模块系统,其特征在于,包括:

    24.如权利要求23所述的功率模块系统,其特征在于,所述热管理部件的数量为多个,所述功率模块系统还包括换热管路,所述换热管路连接多个所述热管理部件的流道。

    25.一种储能系统,其特征在于,包括如权利要求23-24中任一项所述的功率模块系统。


    技术总结
    本申请涉及储能器件领域,提出了一种热管理部件、功率模块系统及储能系统。热管理部件包括第一热管理件,第一热管理件内设有容纳腔,容纳腔包括相连通的蒸发段与冷凝段,容纳腔用于容纳第一冷却介质;第二热管理件,容纳于冷凝段内,第二热管理件内设有用于供第二冷却介质流动的流道。本申请提供的热管理部件既能够对功率模块有效散热,同时能够降低功率模块外部产生冷凝水的风险,进而降低因冷凝水导致短路的风险。

    技术研发人员:卢艳华,余东旭
    受保护的技术使用者:宁德时代未来能源(上海)研究院有限公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/11/26
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