[发明专利]用于电力电子设备的相变冷却的装置及其方法

说明书

相关申请

本申请是提交于2005年2月9日的名为“用于集成的电机逆变器的冷却装置(Cooling Arrangements For Integrated Electric MotorInverters)”的美国专利申请No.11/054,483的部分接续案。

技术领域

本发明涉及用于电力电子设备的相变冷却的装置及其方法。更具体地，本发明涉及用于冷却包括逆变器电路的电力电子设备的装置和方法，其中逆变器电路将电流提供给牵引电机，该牵引电机用于驱动电动车辆，诸如但不局限于电池驱动的车辆、油-电混合动力车辆和燃料电池驱动的电动车辆。

背景技术

使用牵引电机驱动车辆车轮的车辆，无论电机是在油-电混合动力车辆中还是在燃料电池驱动的车辆中，都典型地使用与逆变器电路联接的三相交流电机，该逆变器电路将来自电源的直流转换为交流。目前，逆变器电路通常包括安装在具有集成母线的DBC(直接敷铜板，direct bonded copper)基板上的功率晶体管。

当汽车起步、改变巡航速度、加速和制动时，驱动车辆的牵引电机的功率需求在很宽的范围上波动。功率需求的波动导致连接到牵引电机的电力电子设备中的温度变化。电力电子设备包括由具有不同的膨胀系数的不同材料组成的逆变器电路。因此，由于当逆变器电路的集成的部件以不同的速率膨胀时，所述部件在响应于温度变化时倾向于相对于彼此轻微地移动，所以热波动会恶化逆变器电路。必须控制温度以将部件的膨胀和收缩保持在可接受的水平内。目前，这通过使流体穿过与DBC相联的散热器循环或通过使空气流过其上方以吸收并带走热量而实现。虽然这些方法目前显得令人满意，但仍需要在使用牵引电机的车辆的寿命期间较精确地控制逆变器电路的温度，以维持可靠性并控制电力消耗。

发明内容

鉴于上述考虑，提供一种冷却装置，用于冷却电力电子设备的部件，该电力电子设备连接到牵引电机以为其提供电流，该牵引电机用于驱动汽车的至少一个驱动轮。该装置包括具有舱室的外壳，该舱室具有容纳所述部件的空间。该舱室具有用于与所述空间连通的冷却流体的入口和出口。该冷却流体是非腐蚀性电介质冷却流体，该电介质冷却流体通过泵在液相下分配到所述空间中和逆变器电路的部件上，该泵用于从储蓄器再循环电介质冷却剂，该储蓄器从部件收集电介质冷却剂。电介质冷却剂具有相变点，该相变点被选择成在冷却剂汽化之前在冷却剂的沸腾温度下吸收大量的热量。将再循环流体在液相下再应用到电力电子部件上之前，储蓄器使用在液体-流体热交换器中的第二冷却剂冷凝再循环流体。

在冷却装置的其它方面中，电介质冷却剂具有在90℃到120℃的范围内的沸点。

在冷却装置的其它方面中，电介质冷却剂具有低于100℃的沸点。

在冷却装置的其它方面中，电介质冷却剂具有大约98℃的沸点。

在冷却装置的其它方面中，电介质冷却剂流体是丙二醇甲基醚和六甲基二硅氧烷的混合物。

在其它方面中，提供一种冷却电力电子设备的方法，其中通过再循环冷却剂流体从用于驱动车轮的电力电子设备吸热，该冷却剂流体当从电力电子设备吸热时发生相变，然后被冷凝并作为液体再被喷射到电力电子设备上。

附图说明

当结合附图考虑时，由于本发明将被更好理解，本发明的各种其它特征和附带的优点将变得更容易被完全理解，在所有若干附图中相同的附图标记指示相同或相似的部件，并且其中：

图1是具有油-电混合动力驱动装置的汽车的示意图；

图2是使用燃料电池电力驱动牵引电机的汽车的示意图；

图3是与图1和图2的车辆一起使用的用于冷却并冷凝电力电子设备冷却剂流体的热交换器回路的示意图；

图4是根据图3所示的本发明的第二实施例构造的喷雾冷却的逆变器电路的前视图；

图5是用于冷却并冷凝汽化的冷却剂的热交换器回路的另一个实施例的示意图，所述冷却剂用于冷却在图1和图2的车辆中使用的电力电子设备。

具体实施方式