Power device unit, power supply module, electric drive system and vehicle

Abstract

A power device unit (10), comprising a heat dissipation member (100) and a power device. The heat dissipation member (100) comprises: a main body (110), the main body (110) comprising a top surface (120) and at least one side wall (130a, 130b, 130c) extending in an extension direction transverse to the top surface (120); and a cooling circuit (140) for circulating a cooling medium, the cooling circuit (140) being arranged in the main body (110) and adjacent to the top surface and the side wall. The power device comprises a first heat-generating element (200). The first heat-generating element (200) is arranged adjacent to the top surface (120) of the main body (110) so as to transfer heat between the first heat-generating element (200) and the cooling medium in the cooling circuit (140) through the top surface (120).

Description

POWER DEVICE UNIT, POWER SUPPLY MODULE, ELECTRIC DRIVE SYSTEM AND VEHICLETECHNICAL FIELD

[0001] The present disclosure relates to an electric drive system of a vehicle, in particular an electric vehicle or a hybrid vehicle. The present disclosure particularly relates to a power device unit, a power supply module including the power device unit, an electric drive system including the power supply module, and a related vehicle.BACKGROUND

[0002] With the development of electric vehicles and hybrid vehicles, the power demand for on-board power supply modules and electric drive systems, such as on-board chargers, is increasing. Therefore, higher requirements are placed on the heat dissipation of power devices in the on-board power supply modules and electric drive systems. At present, power devices in the on-board power supply modules and the electric drive systems, such as MOSFETs, IGBTs, etc., are usually placed on peripheral side walls of heat dissipation apparatuses. In addition, a heat dissipation substrate, such as a ceramic sheet or a thermal foil, is usually provided between the power device and the peripheral side wall of the heat dissipation apparatus. On the one hand, the heat dissipation substrate realizes thermal conduction, and on the other hand, it needs to ensure the electrical insulation between the power device and the heat dissipation apparatus. Thus, the power device and a thermally conductive medium such as a ceramic sheet are fastened to the peripheral side wall of the heat dissipation apparatus, for example, by pasting a thermally conductive material such as thermally conductive glue or thermally conductive grease. Fixing the power device to the peripheral side wall of the heat dissipation apparatus usually also requires the use of a metal elastic clamp and a plastic bracket for ensuring the electrical insulation between the elastic clamp and the heat dissipation apparatus and maintaining the elastic clamp, for example. Further, a circuit board is usually installed above the heat dissipation apparatus, and each power device and other possible magnetic components are connected to the circuit board by wave soldering.

[0003] It is not difficult to understand that the existing solutions require ceramic sheets and thermal conductive materials such as thermally conductive grease, and may also require plastic brackets and elastic clamps for positioning power devices, resulting in a large number of parts, high material costs, high defect rates, low production efficiency, and high production costs. In addition, fixing devices such as elastic clamps may suffer from fatigue problems due to frequent squeezing. More specifically, during vehicle driving, power devices may be constantly subjected to external vibrations, and fixing devices such as elastic clamps are prone to lose elasticity or even fail under varying loads. This will cause poor heat dissipation due to the inability to press the power device on the heat dissipation apparatus, resulting in reduced power consumption or failure. Moreover, the design pressure of the elastic clamp is determined by a design compression amount, the thickness ora device on the heat dissipation substrate, and the arrangement position thereof. The specifications of different devices are often inconsistent, which will cause corresponding elastic clamps to need to be redesigned, simulated, and measured. These factors that cannot be precisely controlled will cause large deviations in the pressure of the elastic clamp.

[0004] Therefore, a new solution is still needed to at least partially overcome the above problems existing in the prior art.SUMMARY OF THE INVENTION

[0005] To this end, the present disclosure proposes a power device unit. According to one embodiment, the power device unit comprises a heat dissipation member and a power device, wherein:

[0006] the heat dissipation member comprises: a main body, the main body comprising a top surface and at least one side wall extending in an extension direction transverse to the top surface; and a cooling circuit for circulating a cooling medium, the cooling circuit being arranged in the main body and adjacent to the top surface and the side wall;

[0007] the power device comprises a first heat-generating element,

[0008] wherein the first heat-generating element is arranged adjacent to the top surface of the main body so as to transfer heat between the first heat-generating element and the cooling medium in the cooling circuit through the top surface.

[0009] That is, in the power device unit proposed by the present disclosure, the first heat-generating element in the power device is arranged adjacent to the top surface of the main body of the heat dissipation member, so as to transfer heat between the first heat-generating element and the cooling medium in the cooling circuit of the heat dissipation member through the top surface. Thus, in the power device unit proposed by the present disclosure, the first heat-generating element that needs to be heat-dissipated does not need to be arranged on the peripheral side wall of the heat dissipation member as in the prior art. Therefore, it does not need to use elastic clamps and corresponding plastic brackets to fix the first heat-generating element relative to the heat dissipation member, which reduces the number of components, simplifies assembly, saves materials, and improves cost-effectiveness. At the same time, because the first heat-generating element is not installed on the peripheral side wall of the heat dissipation member, the footprint of the entire power device unit is reduced, which is thus advantageous for a more compact power device unit, facilitating its integration in a confined space, and which is also advantageous for more densely arranging power devices, thereby improving the power of the entire power device unit. Further, optionally, this also allows the cooling circuit of the heat dissipation member to be widened, thereby increasing the surface area of the top surface of the cooling circuit for heat transfer, which promotes the heat transfer of the first heat-generating element to the cooling circuit via the top surface.

[0010] According to various embodiments, the power device unit proposed by the present disclosure may further comprise one or more of the following further developments.

[0011] In some embodiments, the main body of the heat dissipation member is further provided with a cavity, the cavity is arranged between two opposite side walls of the main body and is provided with an opening at the top surface, the power device further comprises a second heat-generating element, and the second heat-generating element is arranged in the cavity. Thus, it is possible to accommodate the second heat-generating element in a compact structure and to ensure effective heat dissipation of the second heat-generating element.

[0012] In some embodiments, a cross section of the cooling circuit has a first section and a second section along the extension direction of the side wall, and the first section is widened relative to the second section in a direction perpendicular to the extension direction. Thus, the widened first section allows the surface area of the top surface of the cooling circuit that participates in the heat transfer between the first heat-generating element and the cooling medium to be increased, and also increases the amount of cooling medium in the cooling circuit, which effectively improves the heat dissipation efficiency of the first heat-generating element.

[0013] In some embodiments, the cross section of the cooling circuit forms an inverted L-shape. This facilitates the processing of the cooling circuit while allowing the surface area of the top surface of the cooling circuit that participates in the heat transfer between the first heat-generating element and the cooling medium to be increased without increasing the footprint of the entire power device unit, thereby effectively improving the heat dissipation efficiency of the first heat-generating element.

[0014] In some embodiments, the power device unit further comprises a circuit board, and the first heat-generating element is arranged on the circuit board and is located between the top surface of the main body of the heat dissipation member and the circuit board. This allows the first heat-generating element to be pressed onto the top surface of the main body of the heat dissipation member via the circuit board, ensuring the stable installation of the first heat-generating element while achieving a compact overall structure, so that it is protected from vibration. In addition, this also allows the first heat-generating element and the circuit board to be pre-assembled into an integral sub-assembly, for example via soldering, more specifically via re-flow soldering, which further facilitates stable holding and precise positioning of the first heat-generating element, and allows for further simplification of assembly and making the entire power device unit more stable.

[0015] In some embodiments, a thermally conductive insulating sheet is provided between the first heat-generating element and the top surface of the main body of the heat dissipation member. The thermally conductive insulating sheet allows electrical insulation to be ensured between the first heat-generating element and the heat dissipation member while ensuring thermal conduction.

[0016] In some embodiments, the first heat-generating element is a surface-mount IGBT power tube and / or MOSFET. The surface-mount power device allows for more convenient and stable installation on power circuit boards while improving heat dissipation efficiency.

[0017] In some embodiments, the first heat-generating element has a heat dissipation surface, and the heat dissipation surface is mounted to the thermally conductive insulating sheet. This allows for further improvement of heat dissipation efficiency.

[0018] In some embodiments, the cooling circuit is a U-shaped circuit arranged along the side wall. This is further advantageous for forming a compact power device unit and allows to increase the arrangement density of power devices without affecting their heat dissipation.

[0019] A second aspect of the present disclosure proposes a power supply module, comprising a housing and the power device unit according to any one of the above embodiments.

[0020] In one variant, the heat dissipation member of the power device unit is integrally arranged with the housing. In another variant, the heat dissipation member of the power device unit is separately arranged from the housing.

[0021] A third aspect of the present disclosure proposes an electric drive system, comprising the power supply module according to any one of the above embodiments.

[0022] A fourth aspect of the present disclosure proposes a vehicle, comprising the power supply module according to any one of the above embodiments, or comprising the electric drive system as described above.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0023] In order to explain the technical solution of embodiments of the present disclosure more clearly, the drawings that need to be used in the embodiments will be briefly described below. It should be understood that the drawings below show only some embodiments of the present disclosure, so they should not be regarded as limiting the scope. For those of ordinary skill in the art, other related drawings could be obtained according to these drawings without inventive effort. In the drawings:

[0024] FIG. 1 is a simplified perspective schematic diagram of a power supply module according to an exemplary embodiment of the present application;

[0025] FIG. 2 is a simplified perspective schematic diagram of a power supply module according to an exemplary embodiment of the present application, wherein a circuit board is removed;

[0026] FIG. 3 is a simplified perspective schematic diagram of a power device unit according to an exemplary embodiment of the present application;

[0027] FIG. 4 is a cutaway perspective schematic diagram of the power supply module shown in FIG. 2; and

[0028] FIG. 5 is a cutaway perspective schematic diagram of the power supply module shown in FIG. 1.

[0029] DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS

[0030] A power device unit and a power supply module according to embodiments of the present disclosure will be described in detail below with reference to the drawings. In order to make the objectives, technical solutions and advantages of the present disclosure clearer, the technical solutions in the embodiments of the present disclosure will be clearly and completely described below in conjunction with the drawings in the embodiments of the present disclosure; obviously, the embodiments described are some, not all, of the embodiments of the present disclosure.

[0031] Therefore, a detailed description of the embodiments of the present disclosure, provided below in conjunction with the drawings, rather than being intended to limit the scope of the present disclosure for which protection is claimed, merely represents selected embodiments of the present disclosure. All other embodiments obtained by those skilled in the art on the basis of the embodiments in the present disclosure without inventive effort are included in the scope of protection of the present disclosure.

[0032] Unless otherwise defined in the context, the singular includes the plural. Throughout this specification, the terms "comprising" , "having" , etc. are used herein to specify the existence of the mentioned characteristic, number, step, operation, element, component or combination thereof, without ruling out the existence or addition of one or more other characteristics, numbers, steps, operations, elements, components or combinations thereof.

[0033] In addition, although terms including ordinal numbers such as "first" , "second" , etc. may be used to describe various components, these components are not limited by these terms, which are merely used to differentiate one element from another. For example, without departing from the scope of the present disclosure, a first component may be referred to as a second component and, similarly, a second component may be referred to as a first component.

[0034] In the description of the present invention, it must be understood that orientational or positional relationships indicated by the terms "upper" , "lower" , "left, " "right, " "inner, " "outer, " etc. are based on the orientational or positional relationships shown in the drawings, or are the orientational or positional relationships in which the disclosed product is usually placed when used, or are the orientational or positional relationships commonly understood by those skilled in the art, and are merely intended to facilitate and simplify description of the present disclosure, rather than indicating or implying that the device or element in question must have a specific orientation or be constructed and operated in a specific orientation, and thus should not be construed as limiting the present disclosure.

[0035] A first aspect of the present disclosure proposes a power device unit 10. According to one embodiment, as shown in FIGS. 2-5, the power device unit 10 includes a heat dissipation member 100 and a power device. When the power device unit 10 is in operation, its power device generates heat, and the heat dissipation member 100 is configured to dissipate the heat of the power device. The power device may include a first heat-generating element 200. In a specific implementation, the first heat-generating element 200 may include an IGBT power tube and / or a MOSFET. In an exemplary application environment, the power device trait 10 is a part of a power supply module or an electric drive system, such as an on-board power supply module or an electric drive system of an electric vehicle or a hybrid vehicle.

[0036] As shown in FIGS. 2-5, the heat dissipation member 100 may include a main body 110 and a cooling circuit 140 arranged in the main body 110. The main body 110 is configured to include a top surface 120 and at least one side wall 130a, 13 Ob, 130c extending in an extension direction transverse to the top surface 120, the side wall 130a, 130b, 130c more specifically extending downwardly perpendicular to the top surface 120. The cooling circuit 140 is used to circulate a cooling medium, and the cooling medium is water in a specific implementation, but is not limited to water. The cooling circuit 140 is arranged in the main body 110 of the heat dissipation member 100 adjacent to its top surface 120 and side wall 130a, 130b, 130c, for example, so that heat can be exchanged between the cooling medium in the cooling circuit 140 and a component to be cooled via the top surface 120 and the side wall 130a, 130b, 130c.

[0037] As shown in FIGS. 2-5, the first heat-generating element 200 in the power device may be arranged adjacent to the top surface 120 of the main body 110 of the heat dissipation member to transfer heat between the first heat-generating element 200 and the cooling medium in the cooling circuit 140 through the top surface 120. More specifically, the first heat-generating element 200 may be arranged to correspond to, for example, align with, the top surface 120 of the main body 110 of the heat dissipation member 100 to facilitate heat transfer via the top surface 120.

[0038] Thus, in the power device unit 10 proposed by the present disclosure, the first heat-generating element 200 in the power device is arranged adjacent to the top surface 120 of the main body 110 of the heat dissipation member 100, more specifically, arranged corresponding to or even aligning with the top surface 120, so as to transfer heat between the first heat-generating element 200 and the cooling medium in the cooling circuit 140 of the heat dissipation member 100 through the top surface 120. In this way, in the power device unit 10 proposed by the present disclosure, the first heat-generating element 200 that needs to be heat-dissipated does not need to be arranged on the peripheral side wall of the heat dissipation member 100 as in the prior art. Therefore, it does not need to use elastic clamps and corresponding plastic brackets to fix the first heat-generating element 200 relative to the heat dissipation member 100, which reduces the number of components, simplifies assembly, saves materials, and improves cost-effectiveness. At the same time, because the first heat-generating element 200 is not installed on the peripheral side wall of the heat dissipation member 100, the footprint of the entire power device unit 10 is reduced, which is thus advantageous for a more compact power device unit 10, facilitating its integration in a confined space, and which is also advantageous for more densely arranging power devices, thereby improving the power of the entire power device unit 10. Further, optionally, this also allows the cooling circuit 140 of the heat dissipation member 100 to be widened, thereby increasing the surface area of the top surface of the cooling circuit 140 for heat transfer, which facilities the heat transfer of the first heat-generating element 200 to the cooling circuit 140 via the top surface 120.

[0039] In an embodiment not shown in the figures, a top wall that participates in defining the cooling circuit 140 may be provided with a heat dissipation fin protruding relative to the top wall. The heat dissipation fin may be in the form of a protruding plate extending downwardly from the top wall. The heat dissipation fin allows the pressure drop of the cooling medium in the cooling circuit 140 to be reduced while increasing the contact area with the cooling medium, thereby improving the heat transfer efficiency.

[0040] In some embodiments, as schematically shown in FIGS. 4-5, the main body 110 of the heat dissipation member 100 may further be provided with a cavity 150. The cavity 150 is more specifically arranged between two opposite side walls 130a and 130c of the main body 110, and provided with an opening at the top surface 120. The power device further includes a second heat-generating element 300. The second heat-generating element 300 may be received in the cavity 150 via the opening. Thus, it is possible to accommodate the second heat-generating element 300 in a compact structure and to ensure effective heat dissipation of the second heat-generating element 300. In a specific implementation, the second heat-generating element 300 may be a magnetic component.

[0041] In some embodiments, as shown in FIGS. 4-5, a cross section of the cooling circuit 140 of the heat dissipation member 100 has a first section 141 and a second section 142 along the extension direction of the side wall 130a, 130c, and the first section 141 is widened relative to the second section 142 in a direction perpendicular to the extension direction. More specifically, the widened first section 141 is arranged adjacent to the top surface 120 of the main body 110 of the heat dissipation member 100. Thus, the widened first section 141 allows the surface area of the top surface of the cooling circuit 140 that participates in the heat transfer between the first heat-generating element 200 and the cooling medium to be increased, and also increases the amount of cooling medium in the cooling circuit 140, which effectively improves the heat dissipation efficiency of the first heat-generating element 200. In a specific implementation, the cross section of the cooling circuit 140 of the heat dissipation member 100 forms an inverted L shape, that is, the first section 141 and the second section 142 together form an inverted L-shaped cross section of the cooling circuit 140. More specifically, this shape makes the first section 141 of the cooling circuit 140 widen inwardly relative to the second section 142. This facilitates the processing of the cooling circuit 140 while allowing the surface area of the top surface of the cooling circuit 140 that participates in the heat transfer between the first heat-generating element 200 and the cooling medium to be increased without increasing the width of the entire power device unit 10, thereby effectively improving the heat dissipation efficiency of the first heat-generating element 200.

[0042] In some embodiments, as shown in FIGS. 1-5, the power device unit 10 further includes a circuit board 400, and the first heat-generating element 200 is arranged on the circuit board 400 and is located between the top surface 120 of the main body 110 of the heat dissipation member and the circuit board 400. More specifically, the first heat-generating element 200 may be soldered on the circuit board 400, for example, via re-flow soldering, so as to establish a mechanical and electrical connection with the circuit board 400. More specifically, the circuit board 400 may be fixed to the main body 110 of the heat dissipation member 100 via a fastener, such as a threaded connector. This allows the first heat-generating element 200 to be pressed onto the top surface 120 of the main body 110 of the heat dissipation member 100 via the circuit board 400, ensuring the stable installation of the first heat-generating element 200 while achieving a compact overall structure, so that it is protected from vibration. Further, this also allows the first heat-generating element 200 and the circuit board 400 to be pre-assembled into an integral sub-assembly, for example via soldering, more specifically via re-flow soldering, which further facilitates stable holding and precise positioning of the first heat-generating element 200, and allows for further simplification of assembly and making the entire power device unit 10 more stable.

[0043] In some embodiments, as shown in FIGS. 2-5, a thermally conductive insulating sheet 500 may be provided between the first heat-generating element 200 and the top surface 120 of the main body 110 of the heat dissipation member 100. More specifically, the thermally conductive insulating sheet abuts against the first heat-generating element 200 and the top surface of the main body 110 of the heat dissipation member 100 at two main sides, respectively. It should be noted that the "main side" here refers to a side with the largest surface area of the thermally conductive insulating sheet. Thus, the thermally conductive insulating sheet 500 allows thermal conduction to be ensured while ensuring electrical insulation between the first heat-generating element 200 and the heat dissipation member 100.

[0044] In some embodiments, as shown in FIGS. 2-4, the first heat-generating element 200 is a surface-mount IGBT power tube and / or MOSFET. The surface-mount power device allows for more convenient and stable installation on the circuit board 400 while improving heat dissipation efficiency. More specifically, the first heat-generating element 200 has a heat dissipation surface, which is contacted to the thermally conductive insulating sheet 500. This allows for further improvement of heat dissipation efficiency.

[0045] In some embodiments, as shown in FIGS. 2-5, the cooling circuit 140 in the heat dissipation member 100 may be a U-shaped circuit arranged along the side wall 130a, 130b, 130c of the main body 110. This is further advantageous for forming a compact power device unit 10, and allows the arrangement density of the power device to be increased. For example, the first heat-generating element 200 may be arranged on the top surface corresponding to the entire U-shaped circuit without affecting its heat dissipation. More specifically, the U-shaped circuit also allows for more effective heat dissipation of the second heat-generating element 300. More specifically, as shown in the figures, the heat dissipation member 100 includes a first side wall 130a and a second side wall 130c opposite to each other, and a third side wall 130b connecting the first side wall 130a and the second side wall 130c. The U-shaped circuit is arranged in the first side wall 130a, the second side wall 130c, and the third side wall 130b.

[0046] In some embodiments, the heat dissipation member 100 may further include a cover arranged on the top of the cooling circuit 140 and fixed, for example, soldered, to the main body 110 of the heat dissipation member 100, wherein the top surface 120 is the top surface of the cover. More specifically, the cover may be configured to have very low thermal resistance to facilitate heat transfer efficiency.

[0047] A second aspect of the present disclosure proposes a power supply module 1. As shown in FIGS. 1-2 and 4-5, the power supply module includes a housing 20 and the power device unit 10 according to any one of the above embodiments.

[0048] In one variant, the heat dissipation member 100 of the power device unit 10 is integrally arranged with the housing 20. In another variant, the heat dissipation member 100 of the power device unit 10 is separately arranged from the housing 20.The housing 20 may have a cooling medium inlet 21 and a cooling medium outlet 22 for communicating with the cooling circuit 104, as shown in FIGS. 1-2.

[0049] A third aspect of the present disclosure proposes an electric drive system. The electric drive system includes the power supply module 1 according to any one of the above embodiments.

[0050] A fourth aspect of the present disclosure proposes a vehicle. The vehicle includes the power supply module 1 according to any one of the above embodiments, or includes the electric drive system as described above. The vehicle may be an electrified vehicle, for example, a battery electric vehicle (BEV) , a hybrid electric vehicle (HEV) , a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV) , a range extended EV, or a fuel cell electric vehicle (FCEV) . The vehicle may also be a hydrogen-powered vehicle.

[0051] While exemplary implementations of the power device unit and the power supply module proposed by the present invention have been described in detail above with reference to preferred embodiments, those skilled in the art will understand that various variants and modifications could be made to the above specific embodiments without departing from the concept of the present invention, and various technical features and structures proposed by the present invention could be combined in various ways without exceeding the scope of protection of the present invention.

[0052] The scope of the present disclosure is not defined by the implementations described above, but by the appended claims and their equivalent scope.

Claims

1.A power device unit (10) , comprising a heat dissipation member (100) and a power device, wherein:the heat dissipation member (100) comprises:a main body (110) , comprising a top surface (120) and at least one side wall (130a, 130b, 130c) extending in an extension direction transverse to the top surface (120) , anda cooling circuit (140) for circulating a cooling medium, the cooling circuit (140) being arranged in the main body (110) and adjacent to the top surface (120) and the side wall (130a, 130b, 130c) ; andthe power device comprises a first heat-generating element (200) ,wherein the first heat-generating element (200) is arranged adjacent to the top surface (120) of the main body (110) so as to transfer heat between the first heat-generating element (200) and the cooling medium in the cooling circuit (140) through the top surface (120) .2.The power device unit (10) according to Claim 1, wherein the main body (110) of the heat dissipation member (100) is further provided with a cavity (150) , and the cavity (150) is arranged between two opposite side walls (130a, 130c) of the main body (110) and is provided with an opening at the top surface (120) , the power device further comprises a second heat-generating element (300) , and the second heat-generating element (300) is arranged in the cavity (150) .3.The power device unit (10) according to Claim 1 or 2, wherein a cross section of the cooling circuit (140) has a first section (141) and a second section (142) along the extension direction of the side wall (130a, 130c) , and the first section (141) is widened relative to the second section (142) in a direction perpendicular to the extension direction.4.The power device unit (10) according to Claim 3, wherein the cross section of the cooling circuit (140) forms an inverted L-shape.5.The power device unit (10) according to Claim 1 or 2, further comprising a circuit board (400) , wherein the first heat-generating element (200) is arranged on the circuit board (400) , and is located between the top surface (120) of the main body (110) and the circuit board (400) .6.The power device unit (10) according to Claim 1 or 2, wherein a thermally conductive insulating sheet (500) is provided between the first heat-generating element (200) and the top surface (120) of the main body (110) .7.The power device unit (10) according to Claim 6, wherein the first heat-generating element (200) is a surface-mount IGBT power tube and / or MOSFET.8.The power device unit (10) according to Claim 7, wherein the first heat-generating element (200) has a heat dissipation surface, and the heat dissipation surface is contacted to the thermally conductive insulating sheet (500) .9.The power device unit (10) according to Claim 1 or 2, wherein the cooling circuit (140) is a U-shaped circuit arranged along the side wall (130a, 130b, 130c) .10.A power supply module (1) , comprising a housing (20) and the power device unit (10) according to any one of Claims 1 to 9.11.The power supply module (1) according to Claim 10, wherein the heat dissipation member (100) of the power device unit (10) is integrally arranged with or separately arranged from the housing (20) .12.An electric drive system, comprising the power supply module (1) according to Claim 10 or 11.13.A vehicle comprising the power supply module (1) according to Claim 10 or 11, or comprising the electric drive system according to Claim 12.

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