一种IGBT模块结构单元的制作方法

一种igbt模块结构单元
技术领域
1.本实用新型涉及新能源电力系统储能技术领域，具体而言，涉及一种igbt模块结构单元。


背景技术：

2.随着新能源发电装机规模不断扩张，新能源发电在电网中的比例越来高，但由于新能源发电单机容量小、数量多、布点分散，且具有显著的间歇性、波动性、随机性等特征。高比例新能源并网势必对电力系统供需平衡、安全稳定控制等带来前所未有的挑战。为提升和管制储能系统的稳定性，必须进行系统设备上模块级核心技术攻关。
3.现有的数字储能系统中通常需要采用多个igbt以支持大电流的需求，多个igbt在工作过程中会产生大量的热损耗，且多个igbt之间容易产生较大的温差，引起内部阻抗不均，从而导致均流效果不佳，影响储能系统的使用效果。
4.有鉴于此，特提出本实用新型。


技术实现要素：

5.本实用新型解决的问题是，现有技术中，多个igbt之间容易产生较大的温差，引起内部阻抗不均，从而导致均流效果不佳，影响储能系统的使用效果。
6.为解决上述问题，本实用新型公开了一种igbt模块结构单元，包括主回路散热器，所述主回路散热器包括主回路散热板，在所述主回路散热板的一侧设置有散热翅片，在所述主回路散热板的另一侧固定设置有若干并联连接的igbt，在所述主回路散热器的一端设置有若干制冷风扇，所述制冷风扇与所述主回路散热板和散热翅片均垂直设置，所述制冷风扇吹出的风沿散热翅片之间的间隙流动，在所述制冷风扇的外周设置有风扇罩，所述风扇罩与主回路散热板固定连接，用于将制冷风扇吹出的风导向散热翅片之间的间隙。
7.通过上述设置，所述制冷风扇吹出的风的流向与散热翅片长度延伸方向相同，从而使得风可以顺利通过散热翅片之间的间隙流动，再加上将igbt模块结构单元设置在设备中时，散热翅片远离主回路散热板的一端被设备中的其他部件阻挡，从而使得散热翅片之间的间隙形成了两端开口的密封风道，进一步提升了风压，从而使得所述主回路散热器可以快速带走igbt工作时产生的热量，有效地控制了igbt的温升以及相互之间的温差，使得其内部阻抗降低，使得igbt模块具备更佳的均流效果。
8.进一步的，在所述igbt与主回路散热器之间设置导热硅脂，所述导热硅脂的厚度小于等于100μm。
9.所述导热硅脂可以通过丝网印刷涂敷设置，从而获得极薄的涂敷厚度和良好的均匀性，微米级厚度的导热硅脂可以显著地降低热阻，提高热传递效果，从而提升igbt的散热效率。
10.进一步的，在所述主回路散热板上设置有igbt的一侧还设置有电池侧正极铜排、第一并联铜排、上叠排、突波吸收电容和下叠排、第二并联铜排和快速熔断器，所述igbt有
四个，其中两个igbt的第一端与第一并联铜排连接，另外两个igbt的第一端与第二并联铜排连接，所述电池侧正极铜排通过所述快速熔断器与所述第二并联铜排连接，四个所述igbt的第二端与所述上叠排、突波吸收电容、下叠排连接。
11.通过上述设置可以实现igbt的并联连接，从而支持储能系统的大电流需求。
12.进一步的，所述上叠排和突波吸收电容的第一连接管脚与所述igbt第二端的一个电源端子同步压接固定，所述下叠排和突波吸收电容的第二连接管脚与所述igbt第二端另一个电源端子同步压接固定。
13.通过上述设置，使得上叠排与突波吸收电容、下叠排与突波吸收电容之间均形成了最短的电流通路，然后接入储能系统的主回路，减少了杂感电流等的产生，从而使得igbt模块在开通或者关断时的均流效果更好。
14.进一步的，在所述上叠排上设置有倾斜部，以便所述突波吸收电容的安装。
15.所述倾斜部的设置使得所述上叠排上部预留出更大的安装空间，便于所述突波吸收电容的安装。
16.进一步的，所述电池侧正极铜排、第一并联铜排、上叠排、下叠排、第二并联铜排均为紫铜t2材质。
17.紫铜t2具有良好的导电通流能力，可以有效地降低运行时产生的热量。
18.进一步的，所述电池侧正极铜排、第一并联铜排、上叠排、下叠排、第二并联铜排均经过浸塑绝缘处理。
19.通过上述设置，使得igbt模块结构单元满足了设备的绝缘耐压需求。
20.进一步的，在所述主回路散热板上还设置有绑线支架，所述绑线支架设置在igbt的上侧，用于固定igbt的控制线束。
21.该设置便于将多个igbt的控制线束进行梳理捆扎，使得igbt模块结构单元更为整齐美观。
22.进一步的，所述主回路散热器为铝合金材质，且所述主回路散热器通过插齿工艺生产。
23.通过插齿工艺生产的主回路散热器，其主回路散热板和散热翅片之间没有使用其他介质，有效地避免了两者结合界面之间的热阻，大大提高了主回路散热板和散热翅片之间的传热导热能力，从而提高了主回路散热器的散热效率。
24.进一步的，在所述主回路散热器上设置有若干模块固定件，所述模块固定件用于所述igbt模块结构单元的固定设置。
25.所述模块固定件用于与使用设备连接，从而将所述igbt模块结构单元安装到相应的使用设备中。
26.相对于现有技术，本实用新型所述的一种igbt模块结构单元具有以下优势：
27.1)通过将igbt设置在主回路散热器上，再在主回路散热器的翅片侧设置制冷风扇和风扇罩，在散热器翅片之间形成密封风道，制冷风扇吹出的风通过密封风道流动，将igbt产生的热损耗快速带走，从而有效地控制igbt的温升和不同igbt之间的温差，从而降低了内部阻抗，优化了多个并联igbt连通和断开时的均流，通过经济方式强制风冷散热，将装置的温升控制在理想范围，保证了储能系统的稳定可靠运行；
28.2)上述设置使得环境温度更稳定，从而使igbt动态参数如均流受温度的影响降
低；
29.3)上叠排、下叠排、突波吸收电容与igbt电源端子直接搭接固定，用最短的电流通路接入回路，可有效减少杂散电感的产生，使得igbt模块在开通或关断过程中更均流；
30.4)模块化的结构设置可以直接应用于设备研发，缩短研发周期；
31.5)本实用新型提供的igbt模块结构单元，结构紧凑，安装维护方便。
附图说明
32.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
33.图1为本实用新型实施例所述igbt模块结构单元的立体结构示意图；
34.图2为本实用新型实施例所述igbt模块结构单元另一角度的立体结构示意图；
35.图3为本实用新型实施例所述igbt模块结构单元的主视图；
36.图4为本实用新型实施例所述igbt模块结构单元的后视图；
37.图5为本实用新型实施例所述igbt模块结构单元的左视图；
38.图6为本实用新型实施例所述igbt模块结构单元的俯视图；
39.图7为本实用新型实施例所述igbt、上叠排、下叠排、突波吸收电容的设置结构示意图。
40.附图标记说明：
41.1、制冷风扇；101、风扇罩；2、主回路散热器；201、主回路散热板；202、散热翅片；3、电池侧正极铜排；4、第一并联铜排；5、igbt；6、上叠排；601、倾斜部；7、突波吸收电容；8、下叠排；9、绑线支架；10、第二并联铜排；11、快速熔断器；12、模块固定件。
具体实施方式
42.为使本实用新型目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
43.下面结合附图具体描述本实用新型实施例的一种igbt模块结构单元。
44.本实施例提供一种igbt模块结构单元，如图1-图7所示，包括主回路散热器2，所述主回路散热器2包括主回路散热板201，在所述主回路散热板201的一侧设置有散热翅片202，在所述主回路散热板201的另一侧固定设置有若干并联连接的igbt5，在所述主回路散热器2的一端设置有若干制冷风扇1，所述制冷风扇1与所述主回路散热板201和散热翅片202均垂直设置，所述制冷风扇1吹出的风沿散热翅片202之间的间隙流动，在所述制冷风扇1的外周设置有风扇罩101，所述风扇罩101与主回路散热板201固定连接，用于将制冷风扇1吹出的风导向散热翅片202之间的间隙。设置多个并联的igbt5时，并联设置的igbt5之间的温差，会影响igbt5内部阻抗及igbt5动态参数，从而影响igbt5在开通和关断过程中的均
流。而igbt5在工作过程中会产生大量的热损耗，因此控制好系统温升是模块正常运行的关键。应当理解，所述制冷风扇1与散热翅片202垂直设置是指，当所述散热翅片202的长度沿前后方向延伸时，所述制冷风扇1设置在所述主回路散热器2的前端或者后端，当所述散热翅片202的长度沿左右方向延伸时，所述制冷风扇1设置在所述主回路散热器2的左端或右端。通过上述设置，所述制冷风扇1吹出的风的流向与散热翅片202长度延伸方向相同，从而使得风可以顺利通过散热翅片202之间的间隙流动，再加上将igbt模块结构单元设置在设备中时，散热翅片202远离主回路散热板201的一端被设备中的其他部件阻挡，从而使得散热翅片202之间的间隙形成了两端开口的密封风道，进一步提升了风压，从而使得所述主回路散热器2可以快速带走igbt5工作时产生的热量，有效地控制了igbt5的温升以及相互之间的温差，使得其内部阻抗降低，使得igbt模块具备更佳的均流效果。在本实施例中，将所述制冷风扇1设置在所述主回路散热板201的端部，可以使得制冷风扇1一部分在主回路散热板201的上侧，另一部分在主回路散热板201的下侧，再通过风扇罩101将制冷风扇1吹出的风导向主回路散热板201下侧的散热翅片202中，这是因为，制冷风扇1的直径有可能大于散热翅片202的高度，如果将制冷风扇1整体设置在主回路散热板201的下侧，将会导致igbt模块结构单元的下部不平，从而导致igbt模块结构单元的整体高度上升，通过将制冷风扇1设置在端部，可以有效地控制igbt模块结构单元的整体高度，使得其在提升散热效果的同时，结构也更为紧凑，便于其作为整体模块设置在设备中。
45.作为其中的一个示例，在所述igbt5与主回路散热器2之间设置导热硅脂，所述导热硅脂的厚度小于等于100μm。具体的，所述导热硅脂可以通过丝网印刷涂敷设置，从而获得极薄的涂敷厚度和良好的均匀性，微米级厚度的导热硅脂可以显著地降低热阻，提高热传递效果，从而提升igbt5的散热效率。
46.作为本实用新型的一个示例，如图1所示，在所述主回路散热板201上设置有igbt5的一侧还设置有电池侧正极铜排3、第一并联铜排4、上叠排6、突波吸收电容7和下叠排8、第二并联铜排10和快速熔断器11，所述igbt5有四个，其中两个igbt5的第一端与第一并联铜排4连接，另外两个igbt5的第一端与第二并联铜排10连接，所述电池侧正极铜排3通过所述快速熔断器11与所述第二并联铜排10连接，四个所述igbt5的第二端与所述上叠排6、突波吸收电容7、下叠排8连接。通过上述设置可以实现igbt5的并联连接，从而支持储能系统的大电流需求。其中，所述电池侧正极铜排3与快速熔断器11的一端连接，所述第二并联铜排10与快速熔断器11的另一端连接，且所述快速熔断器11通过两端连接的铜排及绝缘子固定设置在所述主回路散热器2上，便于其安装和拆卸。可选的，所述电池侧正极铜排3与快速熔断器11通过螺栓固定连接，保证接触良好，避免铜排搭接不良导致内阻上升产生大量热量，影响igbt模块结构单元的正常工作。
47.作为其中一个较佳的示例，所述上叠排6和突波吸收电容7的第一连接管脚与所述igbt5第二端的一个电源端子同步压接固定，所述下叠排8和突波吸收电容7的第二连接管脚与所述igbt5第二端另一个电源端子同步压接固定。通过上述设置，使得上叠排6、下叠排8和突波吸收电容7之间形成了最短的电流通路，然后接入储能系统的主回路，减少了杂感电流等的产生，从而使得igbt模块在开通或者关断时的均流效果更好。
48.在本实施例中，如图1、图2、图5、图6所示，在所述主回路散热板201上还设置有绑线支架9，所述绑线支架9设置在igbt5的上侧，用于固定igbt5的控制线束。该设置便于将多
个igbt5的控制线束进行梳理捆扎，使得igbt模块结构单元更为整齐美观。
49.作为其中一个较佳的示例，如图5所示，在所述上叠排6上设置有倾斜部601，以便所述突波吸收电容7的安装。所述倾斜部601的设置使得所述上叠排6上部预留出更大的安装空间，便于所述突波吸收电容7的安装。
50.在本实施例中，所述主回路散热器2为铝合金材质，且所述主回路散热器2通过插齿工艺生产。通过插齿工艺生产的主回路散热器2，其主回路散热板201和散热翅片202之间没有使用其他介质，有效地避免了两者结合界面之间的热阻，大大提高了主回路散热板201和散热翅片202之间的传热导热能力，从而提高了主回路散热器2的散热效率。
51.作为本实用新型的一个示例，所述电池侧正极铜排3、第一并联铜排4、上叠排6、下叠排8、第二并联铜排10均为紫铜t2材质。紫铜t2具有良好的导电通流能力，可以有效地降低运行时产生的热量。
52.在其中的另一个示例中，所述电池侧正极铜排3、第一并联铜排4、上叠排6、下叠排8、第二并联铜排10均经过浸塑绝缘处理。通过上述设置，使得本实用新型提供的igbt模块结构单元满足了设备的绝缘耐压需求。
53.作为本技术的一个示例，在所述主回路散热器2上设置有若干模块固定件12，所述模块固定件12用于所述igbt模块结构单元的固定设置。所述模块固定件12用于与具体的使用设备连接，从而将所述igbt模块结构单元安装到相应的使用设备中。
54.本实用新型提供的igbt模块结构单元，可作为电池能量储能系统接入双向变流器和储能场站关键设备的核心模组单元，负责储能系统输入输出管控设备，能够解决储能系统关断，电流电压监测等关键作用。
55.需要说明，本实用新型中所有进行方向性和位置性指示的术语，诸如：“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“顶”、“低”、“尾端”、“首端”、“中心”等，仅用于解释在某一特定状态下各部件之间的相对位置关系、连接情况等，仅为了便于描述本实用新型，而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“a和/或b”为例，包括a方案、或b方案、或a和b同时满足的方案。
56.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
57.虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

技术特征：
1.一种igbt模块结构单元，其特征在于，包括主回路散热器(2)，所述主回路散热器(2)包括主回路散热板(201)，在所述主回路散热板(201)的一侧设置有散热翅片(202)，在所述主回路散热板(201)的另一侧固定设置有若干并联连接的igbt(5)，在所述主回路散热器(2)的一端设置有若干制冷风扇(1)，所述制冷风扇(1)与所述主回路散热板(201)和散热翅片(202)均垂直设置，所述制冷风扇(1)吹出的风沿散热翅片(202)之间的间隙流动，在所述制冷风扇(1)的外周设置有风扇罩(101)，所述风扇罩(101)与主回路散热板(201)固定连接，用于将制冷风扇(1)吹出的风导向散热翅片(202)之间的间隙。2.如权利要求1所述的igbt模块结构单元，其特征在于，在所述igbt(5)与主回路散热器(2)之间设置导热硅脂，所述导热硅脂的厚度小于等于100μm。3.如权利要求1所述的igbt模块结构单元，其特征在于，在所述主回路散热板(201)上设置有igbt(5)的一侧还设置有电池侧正极铜排(3)、第一并联铜排(4)、上叠排(6)、突波吸收电容(7)和下叠排(8)、第二并联铜排(10)和快速熔断器(11)，所述igbt(5)有四个，其中两个igbt(5)的第一端与第一并联铜排(4)连接，另外两个igbt(5)的第一端与第二并联铜排(10)连接，所述电池侧正极铜排(3)通过所述快速熔断器(11)与所述第二并联铜排(10)连接，四个所述igbt(5)的第二端与所述上叠排(6)、突波吸收电容(7)、下叠排(8)连接。4.如权利要求3所述的igbt模块结构单元，其特征在于，所述上叠排(6)和突波吸收电容(7)的第一连接管脚与所述igbt(5)第二端的一个电源端子同步压接固定，所述下叠排(8)和突波吸收电容(7)的第二连接管脚与所述igbt(5)第二端另一个电源端子同步压接固定。5.如权利要求3所述的igbt模块结构单元，其特征在于，在所述上叠排(6)上设置有倾斜部(601)，以便所述突波吸收电容(7)的安装。6.如权利要求3所述的igbt模块结构单元，其特征在于，所述电池侧正极铜排(3)、第一并联铜排(4)、上叠排(6)、下叠排(8)、第二并联铜排(10)均为紫铜t2材质。7.如权利要求3所述的igbt模块结构单元，其特征在于，所述电池侧正极铜排(3)、第一并联铜排(4)、上叠排(6)、下叠排(8)、第二并联铜排(10)均经过浸塑绝缘处理。8.如权利要求1所述的igbt模块结构单元，其特征在于，在所述主回路散热板(201)上还设置有绑线支架(9)，所述绑线支架(9)设置在igbt(5)的上侧，用于固定igbt(5)的控制线束。9.如权利要求1-8中任一项所述的igbt模块结构单元，其特征在于，所述主回路散热器(2)为铝合金材质，且所述主回路散热器(2)通过插齿工艺生产。10.如权利要求1-8中任一项所述的igbt模块结构单元，其特征在于，在所述主回路散热器(2)上设置有若干模块固定件(12)，所述模块固定件(12)用于所述igbt模块结构单元的固定设置。

技术总结
本实用新型提供一种IGBT模块结构单元，包括主回路散热器，主回路散热器包括主回路散热板，在主回路散热板的一侧设置有散热翅片，在主回路散热板的另一侧固定设置有若干并联连接的IGBT，在主回路散热器的一端设置有若干制冷风扇，制冷风扇与主回路散热板和散热翅片均垂直设置，在制冷风扇的外周设置有风扇罩，风扇罩与主回路散热板固定连接，用于将制冷风扇吹出的风导向散热翅片之间的间隙。本实用新型通过将IGBT设置在主回路散热器上，再在主回路散热器的翅片侧设置制冷风扇和风扇罩，在散热器翅片之间形成密封风道，将IGBT产生的热损耗快速带走，有效地控制IGBT的温升和不同IGBT之间的温差，从而降低了内部阻抗，优化了多个并联IGBT连通和断开时的均流。联IGBT连通和断开时的均流。联IGBT连通和断开时的均流。


技术研发人员：徐成梅 慈松 刘智全 王建强 王运方
受保护的技术使用者：云储新能源科技有限公司
技术研发日：2023.04.17
技术公布日：2023/9/16