[发明专利]用于针对性地冷却电子和/或电气元件的冷却装置

说明书

本发明涉及一种用于冷却电子和/或电气元件、特别是布置在电路板上的功率半导体的冷却装置，具有：至少一个冷却体，其具有布置在冷却体的表面处的突起的散热件，其中冷却体设置用于与电子和/或电气元件热耦合；至少一个冷却介质分布件，以用于将冷却介质有针对性地空间分布到冷却体的所定义的热点处；冷却装置内腔，其由冷却体和能与冷却体连接的冷却体池包围，冷却装置内腔至少包括冷却体的突起的散热件和冷却介质分布件；和至少一个入口，以使冷却介质输送到冷却装置内腔中；以及至少一个出口，以使冷却介质从冷却装置内腔排出。此外，冷却装置设置用于应用在变流器中、特别是在电动或混合动力车辆的变流器中。

技术领域

本发明涉及一种用于冷却电子和/或电气元件、特别是布置在电路板上的功率半导体的冷却装置，该装置具有至少一个冷却体，其具有布置在冷却体的表面处的突起的散热件，其中，冷却体设置用于与电子和/或电气元件热耦合。

背景技术

电子和/或电气元件、如其例如在工业变流器中或者在用于电动或混合动力车辆的变流器中的应用那样，通常设计用于在相应的所期望的高功率密度时的高的电持续功率和峰值功率。在运行中，这些电子和/或电气元件引起了在大多数情况下不可忽略的电损耗，该电损耗大部分转化为损耗热。该损耗热损害了电子和/或电气元件的功能性和寿命，因此需要高效的散热、即需要对损耗热的尽可能低耗费的但是有效的排热。

由于不同的功能性的以及结构上的要求，电子和/或电气元件在大多数情况下以关于空间和面积的特殊布置来布置在电路板、功能上类似的电路载体或者特殊的载体件上。在此，电路载体能够例如实施为PCB(Printed Circuit Board，印刷电路板)，又或者借助于DCB(Direct Copper Bonded，直接铜接合)技术来制造。出于简明的原因，下面对于本文采用同一的术语：电路板。与电路板一起，电子和/或电气元件与冷却体至少热耦合，并且通常也与其机械地连接。在已知的冷却方案中，该冷却体在大多数情况下在纵向或横向方向上由冷却介质穿流或者环流。在大多数情况下，液态的冷却介质、然而作为替代的有气体状态的冷却介质，原则上适用于排出电子和/或电气元件的损耗热，其中，冷却体是在冷却方案中用于将损耗热传导到冷却介质处的重要的传输件。如果冷却介质流到冷却体中和/或围绕冷却体流动，那么其逐渐地变热。如果现在更多的电子和/或电气元件与冷却体热耦合，那么随着冷却介质逐渐变热、在相同的冷却体温度时，冷却效率(ΔT下降)沿着冷却介质的流动方向减小。反之，如果损耗功率、即待散热的电子和/或电气元件的损耗热保持相同，那么随着冷却介质的温度上升(ΔT不变)，冷却体的温度就沿着流动方向升高。

在冷却介质的流入口处的电子和/或电气元件经受很小的温度负载。与此相对地，在冷却介质的流出口处的电子和/或电气元件尽管有散热、特别是在上面的区域中有散热，但还在高温下工作。该效应被称为“热量堆叠(Thermal stacking)”，这在下面被称为热串联。不仅在冷却介质在纵向方向上传流时，而且在横向方向上穿流时，热串联的不期望的效应在已知的冷却方案中是能确定的。因此通常，对于待冷却的电子和/或电气元件的设计根据最热的元件的参数来进行。该最热的元件通常是更近地与冷却介质的流出口热耦合的电子和/或电气元件。因此，这种电子和/或电气元件的设计确定了整个电子或电气系统的寿命和工作能力。然而充分散热的电子和/或电气元件能够更多地运行或者说具有更长的寿命。从电子或电气系统的角度来看，这些元件通常对于其应用而言是超规格的。现在需要的解决方案是，同时符合需要地并且因而根据运行状态地同等地冷却电子和/或电气元件。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种冷却装置，其具有对电子和/或电气元件的改进的针对性冷却。

该目的通过具有根据本发明的冷却装置实现。

该目的还通过根据本发明的变流器以及根据本发明的电动或混合动力车辆来实现。