專利名稱：充電模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于對(duì)高容量電池充電的充電模塊，更具體地，涉及一種通過(guò)將風(fēng)扇罩延伸在散熱器(熱沉，heat sink)側(cè)部以及向散熱器側(cè)部插入熱管(heat pipe)而能夠提供散熱器的輻射熱面積(區(qū)域)的充電模塊。
背景技術(shù)：
目前，汽油或柴油作為機(jī)動(dòng)車的主要能源使用，但近年來(lái)，由于資源的耗盡，同時(shí)考慮到全力倡導(dǎo)的環(huán)境友好型趨勢(shì)，利用可再充電的電池作為主要電源的電動(dòng)車已經(jīng)出現(xiàn)。此外，在發(fā)展成電動(dòng)車之前，產(chǎn)生了混合電動(dòng)車(HEV)，混合機(jī)動(dòng)車是指利用電池作為輔助動(dòng)力的機(jī)動(dòng)車，該輔助動(dòng)力由借助于現(xiàn)有汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力裝置上的電池來(lái)提{共。這種改變的確需要一種高電壓的充電模塊，該充電模塊通過(guò)除了使用小尺寸的高容量電池之外還使用外部電源從而可在電池中快速充電。基于現(xiàn)有的DC-DC轉(zhuǎn)換器開發(fā)了充電模塊，該充電模塊以包括電路的裝置形式開發(fā)出來(lái)，但由于輸出容量的快速增大，功率損耗靈敏地改變著充電模塊的效率。由于功率損耗與設(shè)置在充電模塊中的發(fā)熱元件的散熱量有關(guān)，因而當(dāng)發(fā)熱元件不能充分冷卻時(shí)，充電模塊的可靠性可能變差。在將作為普通家用電壓的AC 100/220V電壓施加至充電模塊時(shí)，普通充電模塊通過(guò)使用電池管理系統(tǒng)(BMS)經(jīng)由充電模塊中的增壓過(guò)程(boost-up process)用于快速充有電池電壓。為了減少由于快速且高容量充電而由充電模塊產(chǎn)生的熱損耗，以最大程度冷卻設(shè)置在充電模塊上的發(fā)熱元件的散熱設(shè)計(jì)是絕對(duì)需要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種充電模塊，該充電模塊通過(guò)使用用作充電模塊主要組件的功率半導(dǎo)體元件、通過(guò)使用散熱器作為充電模塊的外殼(外部殼體，external case) 以便隨著功率半導(dǎo)體元件的損耗而平穩(wěn)地將釋放的熱量釋放至外部、通過(guò)將風(fēng)扇罩延伸至散熱器側(cè)部而更有效地冷卻設(shè)置在散熱器中的多個(gè)發(fā)熱元件或?qū)峁懿迦肷崞鱾?cè)部中以擴(kuò)大散熱器的輻射熱面積(區(qū)域)，從而能夠容易地冷卻設(shè)置在散熱器內(nèi)表面上的發(fā)熱元件，以及將發(fā)熱元件設(shè)置在散熱器的內(nèi)表面上。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式，提供了一種充電模塊，包括散熱器；風(fēng)扇罩，安裝為覆蓋散熱器的外部并且包括與散熱器的側(cè)表面形成預(yù)定間隔空間(S印arationspace)的側(cè)面延伸部(side extended portion)；以及風(fēng)扇，設(shè)置在風(fēng)扇罩的上部中心 (upper center)處。散熱器還可以用作殼體(外殼，casing)，埋入(嵌入，embed)用于給電池充電的電路和連接至其中的電路的功率轉(zhuǎn)換組件(power convertingcomponent)如BMS，并且包括突出至外部的多個(gè)冷卻銷(cooling pins)。此外，在散熱器中，連接至其中的基板(substrate)上的發(fā)熱元件可以設(shè)置為與內(nèi)側(cè)壁接觸，并且從發(fā)熱元件釋放的熱量也可以通過(guò)散熱器的側(cè)壁被散熱至外部。在這種情況下，用風(fēng)扇罩的側(cè)面延伸部和通過(guò)風(fēng)扇流動(dòng)的冷卻空氣覆蓋散熱器的側(cè)壁以經(jīng)由在散熱器的側(cè)壁與風(fēng)扇罩的側(cè)面延伸部之間形成的間隔空間對(duì)散熱器的空氣進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，從而有效地冷卻與散熱器接觸的發(fā)熱元件。發(fā)熱元件可以是功率半導(dǎo)體元件，例如M0SFET、IGBT、或二極管，并且發(fā)熱元件可以通過(guò)經(jīng)由電路連接而被驅(qū)動(dòng)，從而用來(lái)將施加于充電模塊的AC功率轉(zhuǎn)換為DC功率。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施方式，提供了一種充電模塊，包括散熱器；覆蓋散熱器頂部的風(fēng)扇罩；設(shè)置在風(fēng)扇罩上部中心處的風(fēng)扇；以及插入散熱器的側(cè)壁中以通過(guò)制冷劑的循環(huán)從散熱器的側(cè)壁散熱的熱管。熱管可以插入側(cè)壁中，使得熱管的上端突出至散熱器的側(cè)壁的頂部，并且多個(gè)銷 (pins)可以耦接(結(jié)合，連接，couple)到熱管的頂部上。在這種情況下，銷可以設(shè)置為垂直于熱管的上端。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一示例性實(shí)施方式的充電模塊的剖面圖；以及圖2是根據(jù)本發(fā)明第二示例性實(shí)施方式的充電模塊的剖面圖。
具體實(shí)施例方式參照附圖，通過(guò)詳細(xì)描述，會(huì)明顯地理解出于根據(jù)本發(fā)明充電模塊目的的有關(guān)操作效果(包括技術(shù)構(gòu)造)的內(nèi)容，附圖示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。首先，圖1是根據(jù)本發(fā)明第一示例性實(shí)施方式的充電模塊的剖面圖。如圖所示，根據(jù)示例性實(shí)施方式的充電模塊100可以包括散熱器110、安裝為覆蓋散熱器110外部的風(fēng)扇罩120、以及安裝在風(fēng)扇罩120上部中心處的風(fēng)扇130。散熱器110通過(guò)驅(qū)動(dòng)設(shè)置在其頂部上的風(fēng)扇130被整體冷卻(overallcool)，并且在由風(fēng)扇130排放的冷卻空氣從散熱器110的頂部流動(dòng)至側(cè)部的同時(shí)，散熱器110整體被空氣冷卻。散熱器110可以包括盒型殼體(box-type casing)，該盒型殼體埋入電路和電路連接于其中的功率轉(zhuǎn)換電子組件。多個(gè)冷卻銷112突出在側(cè)部和頂部上而不是底部上，以改善散熱特性。此外，包括設(shè)置在基板141上的發(fā)熱元件140、線圈等的發(fā)熱組件設(shè)置于散熱器 110中，而發(fā)熱組件的一個(gè)表面與上壁111和側(cè)壁113的內(nèi)表面接觸。因此，通過(guò)散熱器110 的散熱功能進(jìn)行冷卻。發(fā)熱組件可以配置有諧振線圈、PFC線圈、變壓器和芯體中的任何一種。
在這種情況下，當(dāng)發(fā)熱元件140主要由高散熱元件構(gòu)成并且設(shè)置在基板141上時(shí)，與設(shè)置在基板141上的發(fā)熱元件140的表面相對(duì)的表面與散熱器110的每個(gè)內(nèi)壁表面接觸，使得發(fā)熱元件140通過(guò)散熱器110散熱。發(fā)熱元件140可以由功率半導(dǎo)體元件如 MOSFET、IGBT、或二極管構(gòu)成，并且每個(gè)器件均由基板141上的電路連接和驅(qū)動(dòng)，用來(lái)將從外部施加于充電模塊的AC功率轉(zhuǎn)換為DC功率。功率半導(dǎo)體元件的發(fā)熱元件140在被驅(qū)動(dòng)以便將施加至充電模塊的AC功率轉(zhuǎn)換為PC功率的同時(shí)經(jīng)受損耗，發(fā)熱元件140產(chǎn)生的熱量與發(fā)生的損耗同樣多，并且損耗越多， 產(chǎn)生的熱量越多。因此，進(jìn)一步需要實(shí)時(shí)冷卻。結(jié)果，如現(xiàn)有技術(shù)中所描述的，由于應(yīng)當(dāng)采用連散熱器110的側(cè)部都強(qiáng)制冷卻的結(jié)構(gòu)以便更加有效地對(duì)設(shè)置于散熱器110內(nèi)的發(fā)熱元件140進(jìn)行散熱，因而形成了由覆蓋散熱器110的外部至散熱器110的下側(cè)部(lowerside portion)的風(fēng)扇罩120的側(cè)部獲得的側(cè)面延伸部122，以允許從上部風(fēng)扇130排放的冷卻空氣一直流動(dòng)至散熱器110的下側(cè)部。為此，為支撐設(shè)置在散熱器110頂部上的風(fēng)扇130而耦接的風(fēng)扇罩120，可以由覆蓋散熱器110頂部的上罩121和從上罩121的側(cè)部延伸至底部的側(cè)面延伸部122構(gòu)成。預(yù)定間隔空間150可以在散熱器110的側(cè)部與側(cè)面延伸部122之間形成。在這種情況下，從位于散熱器110頂部上的上部風(fēng)扇130排放的冷卻空氣如圖1 所示從散熱器110的頂部強(qiáng)制流動(dòng)至散熱器110的側(cè)部，并且流動(dòng)至在散熱器110的側(cè)部與風(fēng)扇罩120的側(cè)面延伸部122之間的間隔空間150，以冷卻與散熱器110的側(cè)壁113的內(nèi)表面接觸的發(fā)熱元件140。也就是說(shuō)，當(dāng)從風(fēng)扇130排放的冷卻空氣經(jīng)由為覆蓋散熱器110的外周表面而耦接的風(fēng)扇罩120流動(dòng)時(shí)，在散熱器110與風(fēng)扇罩120的側(cè)面延伸部122之間形成的間隔空間150用作風(fēng)道，以冷卻包括散熱器110的頂部的所有側(cè)表面，從而提高冷卻效率。同時(shí)，圖2是根據(jù)本發(fā)明第二示例性實(shí)施方式的充電模塊的剖面圖。在以下對(duì)示例性實(shí)施方式的詳細(xì)描述中，對(duì)于與第一示例性實(shí)施方式相同的組件，不再進(jìn)行重復(fù)描述，相同的參考標(biāo)號(hào)指的是相同的組件。如圖中所示，根據(jù)示例性實(shí)施方式的充電模塊100可以包括散熱器110、覆蓋散熱器Iio的頂部且具有安裝于其上部中心處的風(fēng)扇130的風(fēng)扇罩120、以及插入散熱器110的側(cè)壁中的熱管160。類似于第一示例性實(shí)施方式，散熱器110包括埋入電路的盒型殼體和電路連接于其中的功率轉(zhuǎn)換電子組件。多個(gè)發(fā)熱元件140安裝在基板141上，其中發(fā)熱元件140的一個(gè)表面與頂部的底表面或側(cè)壁的內(nèi)側(cè)表面耦接。下文中，對(duì)于第一示例性實(shí)施方式的散熱器110，將省略重復(fù)性的詳細(xì)描述。此外，熱管160垂直地穿入散熱器110的側(cè)壁。由于包括冷卻水的制冷劑在熱管 160中循環(huán)，所以與側(cè)壁113的內(nèi)表面接觸的發(fā)熱元件140通過(guò)從側(cè)壁113散熱而冷卻。熱管160插入散熱器110的側(cè)壁113中，使得熱管160的上端突出在側(cè)壁113的頂部上。多個(gè)銷170耦接到熱管160的上端以垂直于熱管160，上述熱管160的上端突出在散熱器110的側(cè)壁的頂部上。在這種情況下，銷170用于提高散熱器110的側(cè)壁113經(jīng)由熱管160的散熱特性。銷170與通過(guò)散熱器110頂部上的風(fēng)扇130流動(dòng)的冷卻空氣接觸，從而通過(guò)銷170更快地冷卻熱管160，結(jié)果，可以進(jìn)一步提高散熱器110的側(cè)壁113的冷卻效率。由于只有通過(guò)最大程度地增加銷170與在散熱器110頂部上流動(dòng)的冷卻空氣接觸的接觸面積，才可以提高冷卻性能，因而優(yōu)選增加銷170的數(shù)量或增大銷170的面積。此外，在根據(jù)示例性實(shí)施方式的充電模塊的情況下，當(dāng)熱管160插入散熱器110的側(cè)壁113中并且多個(gè)銷170設(shè)置于其上端的時(shí)候，如第一示例性實(shí)施方式中所描述的，風(fēng)扇罩120的側(cè)面延伸部122延伸至散熱器110的側(cè)表面，以提高散熱器110的冷卻效率。在根據(jù)第一示例性實(shí)施方式和第二示例性實(shí)施方式的充電模塊100中，由于發(fā)熱元件140除了連接至上壁111的底部之外還連接至側(cè)壁113的內(nèi)表面上從而進(jìn)行散熱，因而能夠提高發(fā)熱元件140在散熱器110中進(jìn)行安裝的自由度，并且由于安裝空間延伸至側(cè)部，因而可以防止由于發(fā)熱元件接觸所引起的短路。此外，由于冷卻空氣的接觸面積增大，所以能夠提高散熱器110的總冷卻效率。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式，由于散熱器的側(cè)壁可以通過(guò)冷卻空氣經(jīng)由風(fēng)扇罩的側(cè)面延伸部的流動(dòng)以及直接插入側(cè)壁中的熱管而進(jìn)行冷卻，所以發(fā)熱元件除了通過(guò)散熱器的上壁底部之外還通過(guò)側(cè)壁的內(nèi)表面而進(jìn)行冷卻，使得能夠提高設(shè)置在散熱器中的發(fā)熱元件的安裝自由度，并且由于發(fā)熱元件的安裝空間延伸至側(cè)部，所以可以防止由于發(fā)熱元件的接觸而引起的短路。此外，通過(guò)風(fēng)扇的冷卻空氣經(jīng)由風(fēng)道類型的側(cè)面延伸部與散熱器的側(cè)部直接接觸，并且插入散熱器側(cè)壁的熱管通過(guò)銷接觸被冷卻，使得其中散熱器與冷卻空氣接觸的面積增大，結(jié)果，可以提高散熱器的總冷卻效率。盡管已經(jīng)出于示例性目的披露了本發(fā)明的示例性實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)明了，各種修改、增加和替換是可能的，而不會(huì)偏離如所附權(quán)利要求中限定的本發(fā)明的范圍和精神。因此，本發(fā)明的范圍不應(yīng)解釋為局限于所描述的實(shí)施方式，而是應(yīng)當(dāng)由所附權(quán)利要求及其等同物所限定。
權(quán)利要求
1.一種充電模塊，包括散熱器；風(fēng)扇罩，安裝為覆蓋所述散熱器的外部并且包括與所述散熱器的側(cè)表面形成預(yù)定間隔空間的側(cè)面延伸部；以及風(fēng)扇，設(shè)置在所述風(fēng)扇罩的上部中心處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電模塊，其中，所述散熱器還用作殼體，埋入用于給電池充電的電路和連接至其中的所述電路的BMS的功率轉(zhuǎn)換組件，并且包括突出至外部的多個(gè)冷卻銷。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的充電模塊，其中，在所述散熱器中，除了連接至基板上的發(fā)熱元件之外還包括線圈的發(fā)熱組件，設(shè)置為與內(nèi)側(cè)壁接觸，并且從所述發(fā)熱元件或發(fā)熱組件釋放的熱量通過(guò)所述散熱器的側(cè)壁散熱至外部。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的充電模塊，其中，所述發(fā)熱元件是功率半導(dǎo)體元件，如 MOSFET、IGBT、或二極管。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的充電模塊，其中，所述發(fā)熱組件由諧振線圈、PFC線圈、變壓器、和芯體中的任一種構(gòu)成。
6.一種充電模塊，包括散熱器；風(fēng)扇罩，覆蓋所述散熱器的頂部；風(fēng)扇，設(shè)置在所述風(fēng)扇罩的上部中心處；以及熱管，插入所述散熱器的側(cè)壁中，以通過(guò)制冷劑的循環(huán)從所述散熱器的側(cè)壁散熱。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的充電模塊，其中，在所述散熱器中，除了連接至基板上的發(fā)熱元件之外還包括線圈的發(fā)熱組件，設(shè)置為與內(nèi)側(cè)壁接觸，并且從所述發(fā)熱元件或發(fā)熱組件釋放的熱量通過(guò)所述散熱器的側(cè)壁散熱至外部。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的充電模塊，其中，所述熱管插入所述側(cè)壁中使得所述熱管的上端突出至所述散熱器的側(cè)壁的頂部，并且多個(gè)銷耦接到所述熱管的頂部上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的充電模塊，其中，所述銷耦接至所述熱管的上端以垂直于所述熱管的上端。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的充電模塊，其中，所述發(fā)熱元件是功率半導(dǎo)體元件，如 MOSFET、IGBT、或二極管。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的充電模塊，其中，所述風(fēng)扇罩包括側(cè)面延伸部，所述側(cè)面延伸部在所述風(fēng)扇罩側(cè)部上延伸至所述散熱器的側(cè)表面。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的充電模塊，其中，所述發(fā)熱組件由諧振線圈、PFC線圈、變壓器和芯體中的任一種構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種用于給高容量電池充電的充電模塊。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的充電模塊包括散熱器；覆蓋散熱器的頂部的風(fēng)扇罩；設(shè)置在風(fēng)扇罩的上部中心處的風(fēng)扇；以及插入散熱器的側(cè)壁中以通過(guò)制冷劑的循環(huán)從散熱器的側(cè)壁散熱的熱管。由于散熱器的側(cè)壁可以通過(guò)冷卻空氣經(jīng)由風(fēng)扇罩的側(cè)面延伸部的流動(dòng)以及直接插入側(cè)壁中的熱管而進(jìn)行冷卻，所以發(fā)熱元件除了通過(guò)散熱器的上壁底部之外還通過(guò)側(cè)壁的內(nèi)表面而進(jìn)行冷卻，使得能夠提高設(shè)置在散熱器中的發(fā)熱元件的安裝自由度，并且由于發(fā)熱元件的安裝空間延伸至側(cè)部，所以可以防止由于發(fā)熱元件的接觸而引起的短路。
文檔編號(hào)H02J7/00GK102386640SQ201110135770
公開日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2011年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月30日
發(fā)明者崔碩文, 金鐘滿, 韓奎范 申請(qǐng)人:三星電機(jī)株式會(huì)社