冷卻式功率轉換組件的制作方法

冷卻式功率轉換組件的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種冷卻式功率轉換組件，其包括：第一室(100)；與第一室(100)至少部分地隔開的第二室(200)；位于第一室(100)中的至少一個第一類型裝置(1)；位于第二室(200)中的至少一個第二類型裝置(2)；以及冷卻裝置，該冷卻裝置包括第一冷卻元件(3)和第二冷卻元件(4)。第一冷卻元件(3)適于將熱傳遞出第一室(100)，并且第二冷卻元件(4)適于將熱傳遞出第二室(200)。第一冷卻元件(3)與所述至少一個第一類型裝置(1)直接接觸，并且第二冷卻元件(4)通過氣態冷卻介質與所述至少一個第二類型裝置(2)傳熱連接。
【專利說明】
冷卻式功率轉換組件
技術領域
[0001 ] 本發明涉及冷卻式功率轉換組件(cooled power convers1n assembly) ο
【背景技術】
[0002]已知的功率轉換組件包括位于殼體中的發熱裝置以及適于將熱傳遞出殼體的至少一個熱交換器，所述至少一個熱交換器利用了液體冷卻劑的循環。
[0003]與上述的功率轉換組件相關聯的問題中的一個問題是功率轉換組件的復雜性。

【發明內容】

[0004]本發明的目的是提供一種具有簡單的冷卻裝置的冷卻式功率轉換組件。本發明的目的通過下文中所描述的冷卻式功率轉換組件來實現。
[0005]本發明基于下述思想:使用基部至空氣式冷卻元件(base-to-air coolingelement)對冷卻式功率轉換組件的高熱密度裝置進行冷卻，以及使用空氣至空氣式冷卻元件(air-to-air cooling element)對冷卻式功率轉換組件的低熱密度裝置進行冷卻。
[0006]本發明的冷卻式功率轉換組件簡單且價格低廉。
【附圖說明】
[0007]在下文中將參照附圖借助于優選實施方式對本發明進行更詳細的描述，在附圖中:
[0008]圖1示出了根據本發明的實施方式的冷卻式功率轉換組件的主要結構；
[0009]圖2示出了根據本發明的另一實施方式的冷卻式功率轉換組件的主要結構；
[0010]圖3示出了包括根據本發明的又一實施方式的冷卻式功率轉換組件的功率轉換器柜；
[0011]圖4示出了從不同方向觀察的圖3的功率轉換器柜；以及
[0012]圖5示出了圖3的功率轉換器柜的簡化的內部結構。
【具體實施方式】
[0013]圖1示出了冷卻式功率轉換組件的主要結構，該冷卻式功率轉換組件包括殼體6、第一室100、第二室200、兩個第一類型裝置1、六個第二類型裝置2、用于對第一室和第二室進行冷卻的冷卻裝置、冷卻通道64、冷卻通道風扇裝置76和第二室風扇裝置72。第一室100和第二室200位于殼體6內。第一類型裝置I位于第一室100中，并且第二類型裝置2位于第二室200中。
[0014]冷卻裝置包括兩個第一冷卻元件3和兩個第二冷卻元件4。每個第一冷卻元件3均適于將熱傳遞出第一室100。每個第一冷卻元件3均包括位于第一室100中的第一部分31和位于第一室100外部的第二部分32。每個第一冷卻元件3的第一部分31與對應的第一類型裝置I直接接觸。第一類型裝置I與對應的第一冷卻元件3之間的熱傳遞適于通過熱傳導來進行。
[0015]每個第二冷卻元件4均適于將熱傳遞出第二室200。每個第二冷卻元件4均包括位于第二室200中的第一部分41和位于第二室200外部的第二部分42。每個第二冷卻元件4僅通過氣態冷卻介質與對應的第二類型裝置2傳熱連接。第二冷卻元件4中的任一者都不與第二類型裝置2直接接觸。此外，第二冷卻元件4中的任一者都不與產生熱的任何裝置直接接觸。第二類型裝置2與對應的第二冷卻元件4之間的熱傳遞適于通過熱對流來進行。
[0016]在替代性實施方式中，第二冷卻元件中的至少一者包括疊置在一起的多個單獨的冷卻元件。所述多個單獨的冷卻元件中的每一者均適于通過基本上相同的冷卻介質流來冷卻。
[0017]冷卻通道64延伸穿過殼體6。冷卻通道64具有第一端部641和第二端部642。冷卻通道風扇裝置76適于提供冷卻通道的第一端部641與冷卻通道的第二端部642之間的冷卻通道冷卻介質流。冷卻通道冷卻介質流被從冷卻通道的第一端部641向冷卻通道的第二端部642引導。
[0018]第二室200內的氣態冷卻介質是空氣。在第一室100內和冷卻通道64內也具有空氣。冷卻通道風扇裝置76將殼體6外部的空氣吸至冷卻通道的第一端部641，并且將空氣從冷卻通道的第二端部642吹送至殼體6的外部。由于冷卻通道64中存在空氣，因而可以認為:每個第一冷卻元件3均適于用作基部至空氣式冷卻元件，并且每個第二冷卻元件4均適于僅用作空氣至空氣式冷卻元件。
[0019]第二室200通過分隔壁62與第一室100隔開。第一室100與第二室200之間基本上沒有冷卻介質流。第一室100和第二室200中的每一者還與冷卻通道64隔開并與殼體6的外部隔開。第一室100和第二室200是異物防護室。第一室100與冷卻通道64之間基本上沒有冷卻介質流，或者第一室100與殼體6的外部之間基本上沒有冷卻介質流。另外，第二室200與冷卻通道64之間基本上沒有冷卻介質流，或者第二室200與殼體6的外部之間基本上沒有冷卻介質流。冷卻通道64不是異物防護通道。在替代性實施方式中，第二室與第一室僅部分地隔開。
[0020]第一冷卻元件3的第二部分32和第二冷卻元件4的第二部分42位于冷卻通道64中。第二冷卻元件4的第二部分42位于第一冷卻元件3的第二部分32的上游，這意味著第二冷卻元件4的第二部分42定位得比第一冷卻元件3的第二部分32更靠近于冷卻通道的第一端部641。
[0021]第二室風扇裝置72適于在第二室200中提供第二室冷卻介質流。第二室冷卻介質流適于增強從第二類型裝置2至第二冷卻元件4的第一部分41的熱傳遞。由于第二室200與第一室100隔開，因而第二室風扇裝置72并不適于在第一室100中提供冷卻介質流。
[0022]圖1的冷卻式功率轉換組件是冷卻式頻率轉換器。左側的第一類型裝置I包括整流器單元的二極管模塊11。二極管模塊11包括整流器單元的二極管，所述二極管適于對整流器單元的輸入電流進行整流。二極管模塊11與左側的第一冷卻元件3的第一部分31直接熱傳遞接觸。右側的第一類型裝置I包括逆變器單元的開關模塊12。開關模塊12包括逆變器單元的可控開關，可控開關適于對逆變器單元的輸入電流進行轉換。可控開關具有高的熱密度，因此，可控開關需要有效的冷卻。在實施方式中，可控開關包括諸如絕緣柵雙極型晶體管或IGBT的已知的半導體開關。
[0023]在替代性實施方式中，冷卻式功率轉換組件是DC對DC轉換器、逆變器、或適于將電能從一種形式轉換成另一種形式的一些其它的組件。DC對DC轉換器或直流轉換器包括具有高的熱密度的可控開關。一般而言，所述至少一個第一類型裝置的熱密度高于所述至少一個第二類型裝置的熱密度。
[0024]第二類型裝置2包括保護裝置和連接裝置。保護裝置適于保護所述至少一個第一類型裝置I，并且保護裝置包括用于此目的的保險絲。連接裝置適于將第一類型裝置I連接至電源和負載。連接裝置包括用于將二極管模塊11連接至電源的接觸器以及用于將開關模塊12連接至諸如電動馬達的負載的另一接觸器。連接裝置和保護裝置的熱密度較低。
[0025]在實施方式中，所述至少一個第一類型裝置包括逆變器單元的開關模塊，逆變器單元適于將來自光伏電池裝置的電力供給至電網。在該實施方式中，連接裝置適于將逆變器單元連接至光伏電池裝置和電網。光伏電池裝置用作用于逆變器單元的電源，并且電網用作用于逆變器單元的負載。連接裝置包括接觸器、開關、連接器和斷路器中的至少一者。
[0026]第一冷卻元件3中的每一者和第二冷卻元件4中的每一者均包括散熱片，所述散熱片的第二部分位于冷卻通道64中。散熱片適于將熱傳遞到冷卻通道冷卻介質流中。在替代性實施方式中，第一冷卻元件和第二冷卻元件中的至少一者包括諸如緊湊型熱虹吸管的熱虹吸管或者緊湊型熱虹吸式熱交換器(cothex)。還可以使用另外類型的熱管。
[0027]在圖1的實施方式中，冷卻通道64對于第一室100和第二室200而言是共用的。圖2示出了根據本發明的另一實施方式的冷卻式功率轉換組件。圖2的冷卻式功率轉換組件包括兩個冷卻通道，即用于第一室100’的第一冷卻通道65’和用于第二室200’的第二冷卻通道66’。第一冷卻通道65’與第二冷卻通道66’隔開。除了與冷卻通道有關的差異以外，圖2的冷卻式功率轉換組件與圖1的冷卻式功率轉換組件類似。
[0028]第一冷卻通道65’具有第一端部651’和第二端部652’。設置有適于提供第一端部651’與第二端部652’之間的冷卻介質流的第一冷卻通道風扇裝置77’。第一冷卻通道65’內的冷卻介質流被從第一端部651’向第二端部652’引導。
[0029]第二冷卻通道66’具有第一端部661’和第二端部662’。設置有適于提供第一端部661’與第二端部662’之間的冷卻介質流的第二冷卻通道風扇裝置78’。第二冷卻通道66’內的冷卻介質流被從第一端部661’向第二端部662’引導。
[0030]圖3示出了包括根據本發明的又一實施方式的冷卻式功率轉換組件的功率轉換器柜。圖3中從冷卻通道的第一端部641”的方向圖示了功率轉換器柜。圖3示出了:殼體6”包括第二類型裝置部段702”、控制部件部段703”、AC布線部段704”、DC部件部段705”、DC布線部段706”和冷卻通道部段764”。第二類型裝置部段702”和DC部件部段705”包括第二室200”。冷卻通道部段764”包括冷卻通道。
[0031]圖4中從冷卻通道的第二端部642”的方向圖示了圖3的功率轉換器柜。圖4示出了:殼體6”包括第一室部段701”和濾波器裝置部段707”。第一室部段701”包括第一室。
[0032]圖3的功率轉換器柜是可改變大小的柜。包括控制部件部段703”和AC布線部段704”的端部部分是柜的共用部分，而柜的其余部分形成了可以復制或倍增的復制部分。在功率轉換器柜包括共用部分和多個復制部分的實施方式中，從一個復制部分向另一復制部分延伸有母線。
[0033]圖5示出了圖3的功率轉換器柜的簡化的內部結構。功率轉換器柜包括殼體6”、第一室100”、第二室200”、第三室300”、第一類型裝置I”、兩個第二類型裝置2”、濾波器裝置、母線裝置、用于對第一室和第二室進行冷卻的冷卻裝置、冷卻通道64”以及冷卻通道風扇裝置76”。第一室100”和第二室200”位于殼體6”內。第一類型裝置I”位于第一室100”中，并且第二類型裝置2”位于第二室200”中。
[0034]第二室200”包括將第二室200”分成第二類型裝置部段702”和DC部件部段705”的分隔壁。圖5示出了第二室200”的第二類型裝置部段。圖5中并未圖示分隔壁。分隔壁在與圖5的圖像平面平行的平面中延伸。
[0035]冷卻裝置包括第一冷卻元件3”和第二冷卻元件4”。第一冷卻元件3”適于將熱傳遞出第一類型裝置I”。第一冷卻元件3”包括位于第一室100”中的第一部分31”和位于冷卻通道64”中的第二部分32”。第一冷卻元件3”的第一部分31”與第一類型裝置I”直接接觸。
[0036]第二冷卻元件4”適于將熱傳遞出第二室200”。第二冷卻元件4”包括位于第二室200”中的第一部分41”和位于冷卻通道64”中的第二部分42”。第一部分41”位于第一室100”與第二室200”之間。第二冷卻元件4”僅通過氣態冷卻介質與第二類型裝置2”傳熱連接。
[0037]冷卻通道64”延伸穿過殼體6”。冷卻通道64”具有第一端部641”和第二端部642”。冷卻通道風扇裝置76”適于提供冷卻通道的第一端部641”與冷卻通道的第二端部642”之間的冷卻通道冷卻介質流。
[0038]殼體6”內的氣態冷卻介質是空氣。冷卻通道風扇裝置76”將殼體6”外部的空氣吸入冷卻通道的第一端部641”，并且將空氣從冷卻通道的第二端部642”吹送至殼體6”的外部。第一冷卻元件3”適于用作基部至空氣式冷卻元件，第二冷卻元件4”適于用作空氣至空氣式冷卻元件。
[0039]母線裝置包括DC母線86”和AC母線88” JC母線86”和AC母線88”兩者均位于第一室100”中并且位于由第一室100”形成的空氣循環通道中。
[0040]第二室200”通過分隔壁62”與第一室100”部分地隔開。第二冷卻元件4”的第一部分41”也參與將第一室100”與第二室200”隔開。冷卻介質從第二室200”的上部分流入第一室100”中，并且從第一室100”的下部分流入第二室200”中。冷卻介質通過使冷卻介質冷卻下來的第二冷卻元件4”的第一部分41”流入第一室100”中。
[0041 ]第一室100”和第二室200”中的每一者均與冷卻通道64”以及殼體6”的外部隔開。第一室100”和第二室200”是異物防護(ingress protected)室。冷卻通道64”不是異物防護通道。
[0042]第一冷卻元件3”的第二部分32”和第二冷卻元件4”的第二部分42”位于冷卻通道64”中。第二冷卻元件4”的第二部分42”位于第一冷卻元件3”的第二部分32”的上游。
[0043]第三室300”與第一室100”隔開。第三室300”包括第一子室301”以及與第一子室301”隔開的第二子室302”。第三室300”包括第三冷卻元件303”，第三冷卻元件303”適于將熱從第二子室302”傳遞至第一子室301”。第三冷卻元件303”是空氣至空氣式冷卻元件。
[0044]殼體6”的外部與第一子室301”之間存在強制冷卻介質流。此外，第二子室302”內存在單獨的強制冷卻介質流。
[0045]濾波器裝置適于通過對功率轉換組件的開關頻率進行篩選來提高由功率轉換組件供給的功率的質量。濾波器裝置包括本領域中已知的LCL濾波器。濾波器裝置的電容器組件84”位于第一室100”中，并且該電容器組件84”適于通過在第一室100”與第二室200”之間循環的強制冷卻介質流來冷卻。濾波器裝置的電感器組件82”位于第三室300”的第二子室302” 中 ο
[0046]在第一室100”與第二室200”之間循環的強制冷卻介質流還適于對第二類型裝置2”和母線裝置進行冷卻。強制冷卻介質流還在一定程度上參與對第一類型裝置I”進行冷卻。在圖5中并未圖示用于提供強制冷卻介質流的裝置。
[0047]對于本領域技術人員而言將明顯的是，本發明的構思可以以多種方式來實施。本發明及其實施方式不限于上述示例，而是可以在權利要求的范圍內改變。
【主權項】
1.一種冷卻式功率轉換組件，包括: 第一室(100); 第二室(200)，所述第二室(200)與所述第一室(100)至少部分地隔開； 至少一個第一類型裝置(I )，所述至少一個第一類型裝置(I)位于所述第一室(100)中； 至少一個第二類型裝置(2)，所述至少一個第二類型裝置(2)位于所述第二室(200)中；以及 冷卻裝置，所述冷卻裝置包括第一冷卻元件(3)和第二冷卻元件(4)，所述第一冷卻元件(3)適于將熱傳遞出所述第一室(100)，并且所述第一冷卻元件(3)包括位于所述第一室(100)中的第一部分(31)和位于所述第一室(100)外部的第二部分(32)，所述第二冷卻元件(4)適于將熱傳遞出所述第二室(200)，并且所述第二冷卻元件(4)包括位于所述第二室(200)中的第一部分(41)和位于所述第二室(200)外部的第二部分(42)， 其特征在于，所述第一冷卻元件(3)與所述至少一個第一類型裝置(I)直接接觸，并且所述第二冷卻元件(4)通過氣態冷卻介質與所述至少一個第二類型裝置(2)傳熱連接。2.根據權利要求1所述的冷卻式功率轉換組件，其特征在于，所述冷卻式功率轉換組件包括殼體(6)，所述第一室(100)和所述第二室(200)位于所述殼體(6)內。3.根據權利要求2所述的冷卻式功率轉換組件，其特征在于，所述第一室(100)與所述第二室(200)定位成彼此相鄰、并且通過分隔壁(62)至少部分地彼此隔開。4.根據權利要求2或3所述的冷卻式功率轉換組件，其特征在于，所述冷卻式功率轉換組件包括冷卻通道(64)和冷卻通道風扇裝置(76)，所述冷卻通道(64)延伸穿過所述殼體(6)，所述冷卻通道風扇裝置(76)用于提供所述冷卻通道的第一端部(641)與所述冷卻通道的第二端部(642)之間的冷卻通道冷卻介質流，所述第一冷卻元件(3)的所述第二部分(32)位于所述冷卻通道(64)中的第一位置處，所述第二冷卻元件(4)的所述第二部分(42)位于所述冷卻通道(64)中的在所述第一位置的上游的第二位置處。5.根據權利要求1所述的冷卻式功率轉換組件，其特征在于，所述冷卻式功率轉換組件包括第二室風扇裝置(72)，所述第二室風扇裝置(72)用于在所述第二室(200)內提供第二室冷卻介質流，所述第二室冷卻介質流適于增強從所述至少一個第二類型裝置(2)至所述第二冷卻元件(4)的所述第一部分(41)的熱傳遞。6.根據權利要求1所述的冷卻式功率轉換組件，其特征在于，所述冷卻式功率轉換組件適于將電能從一種形式轉換為另一種形式，并且所述至少一個第一類型裝置(I)的熱密度高于所述至少一個第二類型裝置(2)的熱密度。7.根據權利要求6所述的冷卻式功率轉換組件，其特征在于，所述至少一個第一類型裝置(I)包括整流器單元的二極管模塊(11)以及/或者逆變器單元的開關模塊(12)。8.根據權利要求6或7所述的冷卻式功率轉換組件，其特征在于，所述至少一個第二類型裝置(2)包括保護裝置和/或連接裝置，所述保護裝置適于保護所述至少一個第一類型裝置(I)，并且所述連接裝置適于將所述至少一個第一類型裝置(I)連接至電源和/或負載。9.根據權利要求1所述的冷卻式功率轉換組件，其特征在于，所述第一室(100)和所述第二室(200)是異物防護室。10.根據權利要求1所述的冷卻式功率轉換組件，其特征在于，所述第一冷卻元件(3)包括熱管或散熱片，以及所述第二冷卻元件(4)包括熱管或散熱片。11.根據權利要求10所述的冷卻式功率轉換組件，其特征在于，所述第一冷卻元件(3)包括熱虹吸管，以及/或者所述第二冷卻元件(4)包括熱虹吸管。12.根據權利要求1所述的冷卻式功率轉換組件，其特征在于，所述冷卻式功率轉換組件包括濾波器裝置和第三室(300”)，所述第三室(300”)包括:第一子室(301”)；第二子室(302” )，所述第二子室(302”)與所述第一子室(301”)隔開;第三冷卻元件(303” )，所述第三冷卻元件(303”)適于將熱從所述第二子室(302”)傳遞至所述第一子室(301” );以及用于提供所述殼體(6”)的外部與所述第一子室(301”)之間的強制冷卻介質流的裝置，其中，所述濾波器裝置的電感器組件(82”)位于所述第二子室(302”)中，并且所述第三冷卻元件(303”)是空氣至空氣式冷卻元件。13.根據權利要求12所述的冷卻式功率轉換組件，其特征在于，所述冷卻式功率轉換組件包括用于提供在所述第一室(100”)與所述第二室(200”)之間循環的強制冷卻介質流的裝置，其中，所述濾波器裝置的電容器組件(84” )位于所述第一室(100” )中，并且所述電容器組件(84”)適于通過在所述第一室(100”)與所述第二室(200”)之間循環的所述強制冷卻介質流來冷卻。
【文檔編號】H02M1/00GK106059257SQ201610206218
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年4月5日 公開號201610206218.1, CN 106059257 A, CN 106059257A, CN 201610206218, CN-A-106059257, CN106059257 A, CN106059257A, CN201610206218, CN201610206218.1
【發明人】尤哈·哈馬里, 亞妮·坎加斯, 米科·米勒, 丹·米爾納
【申請人】Abb技術有限公司