[实用新型]电动汽车IGBT用热电制冷热管散热器

说明书

技术领域

本实用新型涉及电动汽车电子散热技术领域，具体涉及一种电动汽车IGBT用热电制冷热管散热器。

背景技术

电动汽车电机及其控制系统是电动汽车的关键技术之一，电机控制器是其核心技术部件。近年来，现代电机控制器的发展方向是：高功率密度，高可靠性，高效率，以实现小型化设计，其主要热源是绝缘栅型双极晶体管(IGBT)等大功率电力电子器件，由于IGBT的发热量集中度高，当温度过高时，甚至会导致功率器件永久损坏，从而使驱动器无法工作。因此电机控制器部分的散热成为一个关键问题。为提高电动汽车电机控制器工作的可靠性、延长其使用寿命，就需要优化设计其散热系统。控制器散热器不仅对电机和电机控制器的可靠性产生重大影响，而且也是影响电机动力性和经济性的重要因素，其功用就是保证电驱动系统在任何负荷条件下和工作环境下均能在最适合的温度状态下正常和可靠地工作。

目前传统的电动汽车电机控制器采用强制风冷形式散热、水冷形式散热或热管形式散热。单纯的强制风冷形式散热主要依赖翅片通过风机向四周传递热量，不能将IGBT的热量迅速带走，整体散热效果并不理想；水冷形式散热的冷部件较多，系统复杂且分散，在电动汽车有限空间内布置困难；热管散热充分利用了热传导原理与制冷介质的快速传递性质，其一端是蒸发端，另一端为冷凝端，当热管受热，蒸发端的相变材料受热蒸发，蒸汽在压力差下流向冷凝端并释放出热量，重新凝结为液体，流回蒸发端，如此循环不止，热量可以被源源不断地传导出去。

但是，造成电机控制器损毁的最终原因是IGBT模块的局部结点温度过高形成的热应力。如何将IGBT模块上局部的结点上产生的热量迅速扩散开来，是电机控制器散热器设计的主要问题之一。目前汽车级IGBT封装较小，散热面积较小，而电机控制器在大功率工况下运行时生热量较大，很难能够在瞬间将IGBT模块结点上积聚的大量热量迅速扩散开来，即使是使用导热性质很好的铜材料作为IGBT散热端面材质，其导热系数在380W/m·K～400W/m·K之间，也很难将IGBT的局部结点温度迅速展平，仍然存在结温过高的问题。

另一方面，汽车的使用特点是经常性的启停和加速。电动汽车在启动或加速行驶时，电机控制器IGBT的热耗会急剧增加，在IGBT模块中形成热积聚，温度迅速上升，造成较强的热冲击，常规风冷、水冷散热器，甚至热管散热器都难以将IGBT瞬间产生的大量热量迅速散去，会导致IGBT温度迅速超过安全临界值，使得电机控制器难以维持在合适的温度范围内，很容易导致电机控制器热损坏，使得行驶中的电动汽车会发生突然停止，易造成电动汽车行车事故，影响了电动汽车的安全行驶。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电动汽车IGBT用热电制冷热管散热器。

本实用新型采用如下技术方案：

电动汽车IGBT用热电制冷热管散热器，其特征在于：由IGBT模块、石墨导热垫、热电制冷器件、散热基板、热管、水平散热片组成；石墨导热垫的一端面与IGBT模块的散热端面紧密接触，石墨导热垫的另一端面与热电制冷器件的制冷端面紧密接触；散热基板的一端面与热电制冷器件的制热端面紧密接触，散热基板的另一端面上凿有平行凹槽；单根热管为U型，热管U形底部的水平蒸发段嵌入散热基板的凹槽中；在多根热管两端的竖直冷凝段A端和竖直冷凝段B端上套入水平散热片。

所述的水平散热片设置成两组，套入热管竖直冷凝段A端形成A组散热片，套入热管竖直冷凝段B端形成B组散热片。

所述的A组散热片与B组散热片在高度上错排，错排间距为散热片间距的一半。

所述的A组散热片和B组散热片个数均为10～50。

所述的散热基板端面上开凿的平行凹槽个数与嵌入的热管根数相同，为2～10。

所述的热电制冷器件与电源、可调电阻、开关构成回路。

所述的水平散热片的外侧设置风扇。

与已有的应用相比，本实用新型所公开的电动汽车IGBT用热电制冷热管散热器具有以下显著优点：

(1)由于石墨导热垫的导热性质呈各向异性，且本身的导热率相当之大，厚度方向上15W/m·K，面方向上700W/m·K～1750W/m·K，是铜的2～4倍。本实用新型中将石墨导热垫与IGBT模块紧密接触，利用石墨导热垫面方向上的超高导热性将IGBT局部结点的高温热量迅速扩散开来，能够显著降低IGBT局部结点的瞬间高温。同时，其高导热率也能够将电动汽车启动或加速时形成的瞬间热量迅速扩散开来，减缓和免除IGBT功率器件瞬时热冲击的影响。