[发明专利]用于电力电子设备和电池冷却的具有焊接管的紧凑型铝换热器

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于发热的电子元件或电池单元的热量管理的换热器或冷却器。本发明尤其适合作为一种用于混合电力车(HEV)或电动车(EV)中的电力列车的换热器，然而其同样适用于冷却各种电子元件的其它技术领域。

背景技术

为了确保混合电力车辆中电力电子装置(power electric device)的可靠性，电力电子组件所产生的热量需要扩散掉。电力电子装置的基板典型地具有三层；形成电路电连接的金属蚀刻轨道，中间层，即陶瓷类型的电绝缘材料板，以及连接到电子组件以便于散热和提供机械支撑的称为散热器(heat spreader)的金属板。一种选择为具有作为散热片(heat sink)而用于空气冷却的外翅片的挤出型散热片，散热片连接至散热器，以用于更有效地散热。在汽车电力电子装置中，散热片可以是流体冷却的，并且设计成使用多端口铝挤出物或者包含机械加工的微通道的冷板。作为换热器一部分的散热片同样可由其中嵌有铜管的铝块制造而成。当制造用于HEV/EV的组件冷却器时需要扩散大量的热量，目前为止仅使用挤出或者折叠的管。

使用扁平铝工件板材精确加工微通道的成本基本上随着需要流动路径的尺寸和复杂性而增长。用于机动车的换热器或者部件冷却器通常具有挤出成型或者通过将铜焊覆盖条折叠成例如B形而形成的冷却管，接下来在组装换热器时将这些管钎焊到密封管中。它们同样还可以通过将一排冲压的金属板钎焊在一起形成，当钎焊时提供整合套的冷却管/通道、联管箱(header)和回管，即所谓的冲压外圈(drawn cup)板设计。

US7571759公开了一种在堆叠式冷却器中使用由压制成型的铝板形成的管的换热器，其中多个冷却管布置和堆叠的方式使得能够交替地用冷却管插入电子元件。压制成型的板与中间板钎焊在一起在内部有高压时存在泄漏的风险。电子元件通常通过陶瓷板和导热油脂安装在冷却管上而与其接触，其昂贵的工艺和不灵活的设计使其容易遭受腐蚀的影响。

挤出管形成散热片通常需要锌涂层，为挤出管提供足够的耐腐蚀性。在钎焊过程中，锌扩散进入到挤出管材料中，所得的锌的浓度梯度可提供腐蚀保护。然而，这种管的抗腐蚀法同样会引起不期望的锌在角焊缝(fillet)中的分离。因此，尽管这种方法能够保护管，但是不可避免地加速了焊缝的腐蚀。相反，由于其它机械机制如棕色条带、铜浓度型材、钛条带等被用于增强轧铝钎焊板材料的抗腐蚀性能，它们不会遭受前面提到的与换热器相关的由于使用挤出成型多口管而产生的角焊缝腐蚀。

对于扁平设计的液体冷却换热器，可以使用包括两个集管(manifold)以用于输入和输出冷却液体、并且通过多个在US7571759的图3中所示的冷却管的相互连接。这些形成散热片的挤出的冷却管由于挤出工艺的需要而具有相对较厚的内翅片，因此相当重(需要更多的材料)。

挤出成型管的壁不能做得太薄，因为这意味着换热器的重量和成本将提高。冷却管优选地做成扁平的，这样的设计使得需要冷却的组件可以直接地安装在管表面上，不需要中间散热器或者在必要时能够从两个侧面冷却位于两个管之间的元件，这样设计的换热器如在US7571759的图1中举例说明的更加紧凑。

为了能够生产多端口挤出管，还存在着关于设计自由度的限制，因为需要最小化连接板的厚度与高度比。

专利申请US2008/0185130公开了一种用于车辆换热器的挤出成型的冷却管。该冷却管具有与所述管一起挤出成型的多个内部肋或翅片，用于增强热扩散。这种设计不会导致最小化的材料消耗，以及使换热器具有更薄的中间壁和减轻的重量。

更优选地，更薄和更轻的扁平管可以如US7571759的图6中所举例说明的通过先单独制作外部和中间板，然后再将它们彼此连接而制成，它们中间还包括有翅片。

由于材料的可成形性的需求，根据现有技术US7571759图6中的冲压外圈设计冷却管需要全软质钎焊覆层(clad)材料，其反过来易于核心腐蚀。

这种冲压外圈管设计存在着最终管的硬度降低的问题，因为为了使最终的管保持良好的平面度(flatness)以提供连接元件之间最好的接触，采用较软的金属和/或合金用于弯曲。承受液体压力作用的冲压外圈管可能沿弯曲的边缘发生泄漏。因此需要提供一种不受这些缺点限制的管，其可以提供较高的换热效率。用于冲压外圈设计管的翅片插入物不会提供最佳的冷却剂流。