[发明专利]一种电子元件恒温液冷板

说明书

一种高热流密度电子元件恒温液冷板，包括顺序叠置的上冷板、液冷机构和下冷板，叠置后，上冷板的凹腔与下冷板的凹腔对合形成包围在液冷机构两侧的恒温腔，恒温腔中设有固液相变储热机构；液冷机构包括液冷板体和连接管体，液冷板体包括多路平行的管体部，管体部首尾两端分别贯通连接管体并一体焊接，连接管体间隔设有多个堵头，使得多路平行的管体部首尾连通形成S形冷却路；所述固液相变储热机构包括在固态或液态时均与所述凹腔内壁无间隙地直接接触的固液相变储热材料。所述高热流密度电子元件恒温液冷板，能使动力电池长期温度保持在固液相变材料的熔点以下，温升速率低，各部位温差小。

技术领域

本发明涉及电子元件散热的技术领域，具体涉及一种电子元件恒温液冷板。

背景技术

自从1947年晶体管问世以来电子元器件迅猛发展，越来越大的功率和越来越小的体积是趋势。这种高度集成化形成了大量高热流密度电子设备。高热流密度电子器件结温过高会导致电子器件失效，其工作温度每升高2℃时，可靠性随之下降10%。因此，高热流密度电子设备的可靠性需要冷却技术来保障。所谓高热流密度是指热流密度大于等于100W/cm²。比如以高性能多核CPU 为例，目前其产热量达到100~150 W，而芯片面积却只有1 cm2，其热流密度达到了100 W/cm2 以上，而且趋势还在增长。液冷板冷却技术是指内部设有供液体冷却介质流动的流道的铜/铝板，与发热元件接触并吸收热量。安装时还需要构建包括储液箱、泵、冷板和换热器的冷却介质的封闭循环通路，以持续地带走与冷板接触的发热元件的热量。

液冷板的现有技术存在以下问题：

1）焊接+机加工，缺乏先进制造工艺

目前，主要通过“焊接+机加工”方式形成冷板，而且冷板本身功能及使用环境决定其内部流道密封性要求很高，构建流道主要靠焊接，导致焊接成型工艺比较复杂。因此，冷板的焊接工艺水平决定了冷板的可靠性。但是，焊接工艺与生产周期、成本是矛盾的，设计一种焊接工艺要求低的液冷板是降低成本的关键。

2）高热流密度时，液冷板的温升抑制性能差

以系统中的一块液冷板为例，给定液冷板的冷却面积S，其进水口额定流量为5L/min，进水温度为25℃，进出口额定压降为9.17KPa。导热硅胶垫的导热系数是2W/m*k，每个模组产生的热量为268W。设计目标：动力电池系统模组，要求电池包温度控制在0-55℃，温差5℃。

液冷板在40℃环境中，动力电池采用高倍率充电时，对液冷板的降温性能最具挑战性。现有技术的液冷板，设计时考虑上述极限情形液冷板达到额定流量和压降即能够保证散热。但需要时间，在该段时间内，温度迅速升高，然后缓慢下降。因此，该温度的迅速升高，就无法满足电池包的温度控制要求。

3）重量要轻

对于高热流密度电子设备，尤其是机载电子设备的液冷板，对液冷板的重量要尽可能地轻，设计液冷板结构和材料选择是关键。

卡耐新能源有限公司的发明专利（CN109037854 A，20181218）公开了一种液冷板，液冷板包括由铝型材挤压形成的多个方形的内部空心腔126并布有加强筋127的中空主体结构，空心腔依次首尾连通，最后用实心铝板焊接在主体结构两端形成液冷板。这样的液冷板虽然解决了“散热面积小，刚性弱、装配复杂，长期使用焊缝易漏液”的问题，但这样的结构型铝材生产需要特殊的挤出模具，成本高，重量比较重，一体挤出的铝材同样与侧实心板同样存在焊缝，长期使用该焊缝也会腐蚀漏液。

因此，设计一种恒温性能高、重量轻、对焊接要求不高也能保证流道的永久密封性的液冷板，是业界普遍难以解决的问题。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种电子元件恒温液冷板，提供恒温性能高、重量轻、对焊接要求不高也能保证流道的永久密封性的液冷板。