應(yīng)用于汽車逆變器的薄膜電容器散熱結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型與汽車電力變換技術(shù)有關(guān)，具體屬于一種應(yīng)用于汽車逆變器的薄膜電容器散熱結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]電動(dòng)汽車因節(jié)油、環(huán)保等優(yōu)勢進(jìn)入汽車市場，并且受到越來越多的重視，其中電機(jī)控制器(逆變器)為電動(dòng)汽車的核心零部件，它與電動(dòng)機(jī)共同構(gòu)成了新能源汽車的“發(fā)動(dòng)機(jī)”，對電動(dòng)汽車的成本與性能具有巨大的影響。
[0003]逆變器中的核心零部件一一電容器，其占據(jù)了逆變器20%以上的成本及30%以上的體積，因此電容器的設(shè)計(jì)優(yōu)劣極大地影響了整個(gè)逆變器的性能及功率密度，在眾多類型的電容器中，比較常見的是薄膜電容器和電解電容器，而薄膜電容器因?yàn)榧纳鷧?shù)小、溫度頻率特性好、具有自愈性等特點(diǎn)正逐漸取代傳統(tǒng)的電解電容器被大規(guī)模應(yīng)用于電動(dòng)汽車中。
[0004]如圖la、圖1b所示，薄膜芯子由單面蒸鍍金屬層2的聚丙烯塑料薄膜I卷繞而成，大致為具有圓角的長方體結(jié)構(gòu)，其塑料薄膜本身的導(dǎo)熱并不好，而塑料薄膜上面的蒸鍍層為金屬層，該蒸鍍層具有很好的導(dǎo)熱性，使得薄膜電容整體具有熱傳導(dǎo)的各向相異性，熱量比較容易沿卷繞的軸向方向傳導(dǎo)出來，也就是說圖la、圖1b中，沿Y軸的導(dǎo)熱性要遠(yuǎn)高于沿X軸和Z軸的導(dǎo)熱性，其中Y軸即塑料薄膜的卷繞軸，當(dāng)塑料薄膜的卷繞軸平行于水平面時(shí)，以電容芯子的高度方向?yàn)閆軸，垂直于YZ平面的為X軸。薄膜電容的正母排與芯子中平行于XZ平面的一個(gè)端面進(jìn)行焊接，負(fù)母排與芯子中平行于XZ平面的另一端面進(jìn)行焊接，即正負(fù)母排均垂直于芯子的卷繞軸。
[0005]為了防止外部水汽或空氣進(jìn)入導(dǎo)致電容器被腐蝕以及與外部冷卻板的絕緣，如圖2所示的傳統(tǒng)薄膜電容器，電容芯子3及正負(fù)母排4、5被3-4mm的環(huán)氧樹脂6灌封料及2mm的塑料外殼7包裹，由于所用的環(huán)氧樹脂6及塑料外殼7的熱導(dǎo)率僅有2-3W/mK，故傳統(tǒng)的薄膜電容器具有較高的傳導(dǎo)熱阻，散熱效果極差，芯子和母排散發(fā)的熱量很難傳導(dǎo)出來。
[0006]雖然薄膜芯子的各個(gè)面均被環(huán)氧樹脂6及外殼7包裹，但因冷卻條件及環(huán)境的不同，各個(gè)面的溫度仍然相差很大。傳統(tǒng)的薄膜芯子一般豎直放置，即芯子的卷繞軸垂直于冷卻板8，正負(fù)母排4、5平行于冷卻板8，這樣便于散熱，由于電容器的正負(fù)極與冷卻板8距離不同，所以遠(yuǎn)離冷卻板8的電極處芯子溫度比較高，除此之外，芯子的其它幾個(gè)表面所在位置的環(huán)境溫度也不相同，有的表面相鄰連接IGBT或高壓電池引腳而被額外加熱，如薄膜芯子的頂部等，故整個(gè)電容芯子的溫度分布極不均衡。鑒于薄膜電容器的電流能力取決于整個(gè)薄膜芯子的最熱點(diǎn)溫度，故電容能力難以發(fā)揮，電流能力被極大限制。
[0007]在電動(dòng)/混合動(dòng)力汽車中，薄膜電容器負(fù)責(zé)吸收車載逆變器產(chǎn)生的高次諧波電流，一臺50kW的逆變器可以產(chǎn)生100A以上的諧波電流。尤其在混合動(dòng)力系統(tǒng)中，逆變器的環(huán)境溫度峰值可達(dá)105度，峰值水冷溫度可達(dá)90度，在逆變器內(nèi)部母排等發(fā)熱器件的影響下，電容器的環(huán)境溫度峰值可達(dá)到120度以上，由于電容器薄膜芯子的聚丙烯膜耐受的最高溫度只有105度，故此時(shí)電容器不允許上電運(yùn)行。其實(shí)，即使電容器的環(huán)境溫度低于100度，由于受限于薄膜電容器的高熱阻及溫度分布不均，傳統(tǒng)電容也難以承擔(dān)電流引起的熱功耗，因此這些通常成為車用大功率逆變器的熱瓶頸問題。
[0008]為了使電容器正常工作而不被損壞，一種通用的方法是大幅增加電容器的容值(高于系統(tǒng)紋波需求)，降低電容器單位容值下的電流密度及功耗，但是這會大幅增加電容的體積及成本，尤其對于混合動(dòng)力汽車，其對逆變器的體積及成本均有較高的要求，這顯然難以被接受。另外一種方法是設(shè)置電容器溫度傳感器，在其過溫時(shí)進(jìn)行功率降額，這樣導(dǎo)致整個(gè)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力輸出被電容器的熱瓶頸所限定，降低了逆變器性能。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0009]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種應(yīng)用于汽車逆變器的薄膜電容器散熱結(jié)構(gòu)，可以降低電容器的熱阻，解決內(nèi)部芯子和母排產(chǎn)熱難以散出與芯子材料耐溫低之間的矛盾，有效避免整個(gè)電容芯子溫度分布不均衡，并提高電容器的能力。
[0010]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供的應(yīng)用于汽車逆變器的薄膜電容器散熱結(jié)構(gòu)，所述薄膜電容器包括薄膜芯子、與薄膜芯子正負(fù)極端面連接的正負(fù)母排，所述薄膜芯子和正負(fù)母排設(shè)于底部開放的外殼中，所述外殼設(shè)于冷卻板上，所述正負(fù)母排通過冷卻板散熱；所述薄膜芯子的其余全部發(fā)熱面或其余部分發(fā)熱面覆蓋有導(dǎo)熱母排，該導(dǎo)熱母排由正母排和/或負(fù)母排延伸形成。
[0011]當(dāng)薄膜芯子的正負(fù)母排與冷卻板垂直時(shí)，所述正負(fù)母排靠近冷卻板的一端分別彎折形成母排延伸部，所述兩母排延伸部通過絕緣紙與冷卻板接觸，或者兩母排延伸部疊放且二者之間通過絕緣紙接觸，位于底部的母排延伸部通過絕緣紙與冷卻板接觸。
[0012]其中一種優(yōu)選的結(jié)構(gòu)是，所述正母排靠近冷卻板的一端向靠近負(fù)母排的方向延伸形成正母排延伸部，所述負(fù)母排靠近冷卻板的一端向靠近正母排的方向延伸形成負(fù)母排延伸部；所述正母排延伸部位于負(fù)母排延伸部上方且通過絕緣紙與負(fù)母排延伸部接觸，負(fù)母排延伸部通過絕緣紙與冷卻板接觸；或者，所述負(fù)母排延伸部位于正母排延伸部上方且通過絕緣紙與正母排延伸部接觸，正母排延伸部通過絕緣紙與冷卻板接觸。
[0013]其中再一種優(yōu)選的結(jié)構(gòu)是，所述正母排靠近冷卻板的一端向靠近負(fù)母排的方向延伸形成正母排延伸部，所述負(fù)母排靠近冷卻板的一端向靠近正母排的方向延伸形成負(fù)母排延伸部；所述正母排延伸部與負(fù)母排延伸部相互不接觸或者正母排延伸部的端部通過絕緣紙與負(fù)母排延伸部的端部接觸，所述正母排延伸部和負(fù)母排延伸部均通過絕緣紙與冷卻板接觸。
[0014]其中另一種優(yōu)選的結(jié)構(gòu)是，所述正母排靠近冷卻板的一端向遠(yuǎn)離負(fù)母排的方向延伸形成正母排延伸部，所述負(fù)母排靠近冷卻板的一端向遠(yuǎn)離正母排的方向延伸形成負(fù)母排延伸部，所述正母排延伸部與負(fù)母排延伸部均通過絕緣紙與冷卻板接觸。
[0015]其中另一種優(yōu)選的結(jié)構(gòu)是，所述正母排靠近冷卻板的一端向靠近負(fù)母排的方向延伸形成正母排延伸部，負(fù)母排靠近冷卻板的一端向遠(yuǎn)離正母排的方向延伸形成負(fù)母排延伸部，或者正母排靠近冷卻板的一端向遠(yuǎn)離負(fù)母排的方向延伸形成正母排延伸部，負(fù)母排靠近冷卻板的一端向靠近正母排的方向延伸形成負(fù)母排延伸部，所述正母排延伸部與負(fù)母排延伸部不接觸或通過絕緣紙接觸，二者均通過絕緣紙與冷卻板接觸。
[0016]當(dāng)薄膜芯子的正負(fù)母排與冷卻板平行時(shí)，與薄膜芯子上端面連接的母排沿薄膜芯子側(cè)面延伸至薄膜芯子底部并向外彎折形成母排延伸部，所述母排延伸部和與薄膜芯子下端面連接的母排不接觸或通過絕緣紙接觸，二者均通過絕緣紙與冷卻板接觸；或者，與薄膜芯子上端面連接的母排沿薄膜芯子側(cè)面延伸至薄膜芯子底部并向內(nèi)彎折形成母排延伸部，所述母排延伸部位于與薄膜芯子下端面連接的母排下方且二者之間通過絕緣紙接觸，同時(shí)母排延伸部通過絕緣紙與冷卻板接觸。
[0017]在上述結(jié)構(gòu)中，所述正負(fù)母排與外殼內(nèi)壁之間、導(dǎo)熱母排與薄膜芯子之間、導(dǎo)熱母排與外殼內(nèi)壁之間、薄膜芯子與母排延伸部之間均填充灌封料。
[0018]較佳的，所述冷卻板為水冷板，所述正負(fù)母排和導(dǎo)熱母排為銅排。
[0019]本實(shí)用新型的有益之處在于:
[0020]I)薄膜芯子正負(fù)極產(chǎn)生的熱量均可以通過正負(fù)母排傳導(dǎo)至電容外，同時(shí)由于薄膜芯子的其它端面可以根據(jù)需要設(shè)置導(dǎo)熱母排，使得薄膜芯子除正負(fù)極外的其它位置產(chǎn)生的熱量可以就近通過導(dǎo)熱母排引到冷卻板上；
[0021]2)由于薄膜芯子各表面基于同一冷卻板(水冷板)的基礎(chǔ)溫度(低于90度)，故芯子可有效隔絕高于100度的外界環(huán)境溫度，且芯子各表面的溫度分布均勻，保證薄膜芯子充分發(fā)揮其電流能力；
[0022]3)由于薄膜芯子至冷卻板的熱阻大大降低，電容器允許有更高的電流密度，故電容值被大幅降低，體積及成本均可有效降低。
【附圖說明】
[0023]圖1a為薄膜芯子的主視圖；
[0024]圖1b為薄膜芯子的側(cè)視圖；
[0025]圖2為傳統(tǒng)的薄膜電容器的散熱結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖3a為本實(shí)用新型第一實(shí)施例的散熱結(jié)構(gòu)在垂直于X方向的剖視圖；
[0027]圖3b為本實(shí)用新型第一實(shí)施例的散熱結(jié)構(gòu)在A-A處的剖視圖；
[0028]圖3c為本實(shí)用新型第一實(shí)施例的散熱結(jié)構(gòu)中銅排彎折示意圖；
[0029]圖4a為本實(shí)用新型第二實(shí)施例的散熱結(jié)構(gòu)在垂直于X方向的剖視圖；
[0030]圖4b為本實(shí)用新型第二實(shí)施例