[发明专利]一种均温液冷板

说明书

本发明公开了一种换热强度可调的均温液冷板，属于热管理领域，涉及动力电池热管理、IGBT等电力电子设备冷却问题。它包括盖板7、流道基板8，其中流道基板8采用了一种沿程换热强度可调的流道结构设计，窄端两侧开有流体进出口，分为均流区2、可调换热区3、汇流区4。其中可调换热区3的翅片沿流体流动方向的尺寸可变、排列密集程度依次增加，通过流道结构的改变，增加流体在流道后半段的流速及换热表面，使换热强度沿流动方向依次提高。该发明通过优化液冷板流道结构，避免流体在换热过程中流体热量积累、换热温差降低所造成的换热效果下降的问题，降低了冷却液流量和液冷系统的成本，同时也解决了液冷板换热的均温性和高效性。

技术领域

本发明属于热管理技术领域，是一种换热强度可调的均温液冷板，可用于动力电池热管理、IGBT等电力电子设备冷却问题。

技术背景

随着目前新能源汽车的普及与使用，动力电池容量的提升以及充放电倍率的提高，造成了动力电池、IGBT等电力电子设备生热恶化等问题日益突出。生热恶化问题，既包括了多余热量积累造成设备整体温度的提高，也包括了设备表面温度场出现局部热点、冷点导致冷却表面温度不均匀。这两种现象所造成的生热恶化问题，会影响设备正常高效工作，缩短其使用寿命。因此，设计动力电池、电力电子设备的热管理解决方案，一方面需选择合适的材料与传热途径，对设备强化散热、高效冷却，降低设备工作中的温度；另一方面，也需利用传热学知识设计合适的散热结构，解决好设备在散热过程中冷却表面的均温性问题，防止出现局部冷却所出现的冷点，以及传热恶化所产生的热点，这也为设备的均温散热设计提出了一定的挑战。

液冷板采用流体作为换热工质，主要利用对流换热的方式带走热量，换热能力优于空气冷却，常用于新能源汽车动力电池及电力电子设备散热领域。在换热过程中，液冷板中的流体流动积累热量，流体温度沿程升高，常出现液冷板中流体进口冷、出口热的现象，进而造成设备进出口处冷却表面温度的不均匀。目前，液冷板设计常采用S型流道、叉排扰流柱、交错流道等设计方式，通过对液冷板内部流道优化布置，对流体混合、交叉传热，缓解液冷板中流体在进出口存在较大温差的问题，然而，获得较好的均温性，代价则是提高了流道设计复杂性，造成了液冷板流道沿程流阻增大，增加了液冷板设计、加工难度，提高了液冷系统的成本。传统的单进单出直流道液冷板设计，虽然加工简单、成本较低，但其直流道的设计也会使得液体进出口温差较大，导致液冷板散热均温性较差。因此，本发明对其进行优化设计，保留其优点的同时，利用特殊的流道结构设计，解决其均温性问题。

液冷板热量传递可以等效为间壁式换热过程，其影响因素可用加热壁面与冷却流体之间的总传热系数概括，包括流道的设计结构、流体或流道材料的物性参数、对流换热系数等参数。设计液冷板流道结构，可分析传热过程中的能量平衡关系式，通过改变不同流道区域的传热系数，改变液冷板的沿程换热强度，控制液冷板换热情况，在保证液冷高效散热的同时，提高散热过程中的温度均匀性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：简化液冷板流道结构，优化流道设计，降低沿程阻力，保证液冷板换热过程中的均温性和高效性，降低冷却液流量及液冷系统成本。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：采用沿程换热强度可调的流道结构，设计了一种均温液冷板。

电力电子设备均温液冷板，由盖板和基板两块板组成。基板的流道中有不同尺寸的翅片，根据流道中的位置按照一定的排列方式阵列式排布。流道从进口至出口处，可分为两部分：进口部分是均流区，其分布特点为：起液体分流作用，可使流体均匀充满冷板流道区域；流道中部为可调换热区，其分布特点是：沿流体流动方向翅片的尺寸可调、排列密集程度依次增加，其作用是通过流道结构的改变，增加流体在流道后半段的流速和扩展换热表面，使得液冷板的换热强度沿流动方向依次提高，从而避免了流体在换热过程中流体热量积累、换热温差降低所造成的换热效果下降的问题；流道后部分为汇流区，使流体汇聚并流向出口，防止流体在流道内产生回流。