[发明专利]燃料电池直流变换器用功率模组的散热结构及其散热方法

说明书

本申请公开了一种燃料电池直流变换器用功率模组的散热结构及其散热方法，所述散热结构包括：控制器壳体散热层；设置在所述控制器壳体散热层一侧表面的绝缘垫片；设置在所述绝缘垫片背离所述控制器壳体散热层一侧表面的金属基板，所述金属基板背离所述绝缘垫片的一侧具有多个凸起结构；设置在所述凸起结构两侧的绝缘层；设置在所述绝缘层背离所述绝缘垫片一侧表面的线路层，所述线路层与所述凸起结构齐平；设置在所述凸起结构表面的功率器件。本申请技术方案通过改进金属基板的结构，将需要散热的功率器件与金属基板焊接起来，并在金属基板的外部增加绝缘材料，从而大大增加了功率器件的散热面积，实现功率器件的高效散热。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其是涉及一种燃料电池直流变换器用功率模组的散热结构及其散热方法。

背景技术

氢燃料电池是新能源产业不可或缺的核心关键组成部分。燃料电池电堆通过直流升压变换器向系统外(如动力电池、整车电驱动系统等)传送稳定的大功率电能，在直流变换器中，其功率器件(如IGBT、MOSFET、功率二极管等)的散热是设计的关键。

大功率直流变换器的热设计是整机设计过程中的重要环节，功率器件的封装是将晶圆按功能需求及应用特性实现的一种整合形式，它是通过一定的结构设计、工艺设计、电设计、热设计和可靠性设计等制造出的产品。传统的功率器件应用时由于整机的功率密度不高，不需要严格考虑散热状态，使得功率器件封装在考虑自身产品尺寸下，散热面设计不足。但在氢燃料电池系统，尤其是氢燃料电动汽车应用中，系统对功率密度要求较高，功率器件的高效散热结构设计非常重要。

在氢燃料电池系统中，燃料电池电堆通过特定催化剂，将进入膜电极两侧氢气和氧气通过电化学反应转换成水，并产生电能，但氢燃料电池电堆电化学反应产生的电能不稳定，其伏安特性较软，输出电压和电流都不稳定，不能直接输送给用电设备或装置。为稳定氢燃料电池系统输出电压或电流，需要直流升压变换器，对燃料电池系统输出电压或电流进行稳定控制。氢燃料电池系统输出功率较大，一般在几十甚至几百千瓦，所需的直流变换器功率也比较大，但现阶段针对燃料电池应用于汽车动力系统来讲，需要直流变换器具有高效、节能、重量轻、体积小等特点，功率器件发热及散热问题比较突出。因此，直流变换器中的功率模组需要高效的散热系统应对大功率模组的发热，以提高整机系统的可靠性。

目前，为了提升大功率直流变换器的散热效果，功率器件多采用传统铝基板PCB、铜基板PCB工艺，但由于安规、功能需求，线路铜箔层与铝/铜基板之间需要增加一层绝缘层实现电气绝缘。此类应用中功率器元器件为贴片安装形式，主要目的是将元器件的热量通过传导的方式向下传递导出。但线路铜箔层与铝/铜基板之间的绝缘层导热性能较差，在功率器件发热量较大时无法有效的将热量传递到散热面，导致功率器件发热严重，从而影响功率器件的电气性能和可靠性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种燃料电池直流变换器用功率模组的散热结构及其散热方法，通过改进金属基板的结构，将需要散热的功率器件与金属基板焊接起来，大大增加了功率器件的散热面积，实现功率器件的高效散热。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种燃料电池直流变换器用功率模组的散热结构，所述散热结构包括：

控制器壳体散热层；

设置在所述控制器壳体散热层一侧表面的绝缘垫片；

设置在所述绝缘垫片背离所述控制器壳体散热层一侧表面的金属基板，所述金属基板背离所述绝缘垫片的一侧具有多个凸起结构；

设置在所述凸起结构两侧的绝缘层；

设置在所述绝缘层背离所述绝缘垫片一侧表面的线路层，所述线路层与所述凸起结构齐平；

设置在所述凸起结构表面的功率器件。