CN101981638B - 电容器模块 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够提高模块整体的强度、且设计冷却用介质的流路时的自由度大的电容器模块。为了实现该目的，所述电容器模块具备：多个电容器单元，该多个电容器单元分别具有电容器、在底面设置具有开口的有底的第一螺纹孔且收纳电容器的电容器箱体；金属制的单元固定体，该单元固定体具有与第一螺纹孔连通的贯通孔，通过使单元用螺钉与该贯通孔及第一螺纹孔螺合，而固定多个电容器单元；绝缘体，该绝缘体由具有导热性的绝缘性材料构成，设置在多个电容器单元与单元固定体之间，使多个电容器单元与单元固定体绝缘；金属制的散热体，该散热体具有与单元固定体用螺钉螺合的有底的第二螺纹孔，并且，在设有该第二螺纹孔的表面的背面侧具有冷却用介质流动的流路。

Description

电容器模块
技术领域
本发明涉及具备分别收纳电容器的多个电容器单元的电容器模块。
背景技术
搭载发动机及发电电动机作为驱动源的混合动力型车辆具备蓄电装置，该蓄电装置蓄积由发动机驱动的发电电动机发电产生的电力。蓄电装置还具有对发电电动机供给电力的作为电源的功能。作为这样的蓄电装置，有时使用具备大容量电容器的电容器模块。
当使用电容器模块来作为混合动力型车辆的一例即混合动力型建筑机械的蓄电装置时，由于建筑机械以几秒～几十秒为单位频繁地反复进行驱动和减速，因此，施加到电容器上的负载变动大，电容器的发热量容易变大。从而存在电容器的劣化加快、电容器的寿命缩短等问题。
为了防止电容器的寿命缩短，最好是保持电容器的内部温度不超过电容器的耐热温度(例如60℃)的状态。因此，需要如下所述的机构，这种机构通过使从电容器产生的热有效散发来冷却电容器，从而将电容器始终保持在耐热温度以下的状态。在这种状况下，公开有如下技术，即，将收容电容器的电容器箱体的底壁部制成厚底，并将该底壁部固定于形成有冷却用介质流动的流路的散热体上，由此来提高冷却性能(例如，参照专利文献1)。
【专利文献1】国际公开第07/126082号小册子。
然而，在上述专利文献1所记载的现有技术中，由于在连结电容器单元和散热体时从散热体的底面侧螺纹固定电容器单元，因此，必须在散热体上形成与电容器单元的个数相对应的贯通孔，从而可能会在包括散热体的模块整体的强度上产生问题。另外，由于必须避开用于固定电容器单元的多个贯通孔来设置流路，因此流路设计的自由度减小。
发明内容
本发明鉴于上述情况而提出，其目的在于提供一种能够提高模块整体的强度、且设计冷却用介质的流路时的自由度大的电容器模块。
为了解决上述课题并达成目的，本发明的电容器模块的特征在于，具备：多个电容器单元，该多个电容器单元分别具有电容器、在底面设置有有底的第一螺纹孔且收纳所述电容器的电容器箱体；金属制的单元固定体，该单元固定体具有与所述第一螺纹孔连通的贯通孔，通过使经由该贯通孔固定所述电容器单元的单元用螺钉与所述第一螺纹孔螺合，而分别固定所述多个电容器单元；绝缘体，该绝缘体由具有导热性的绝缘性材料构成，设置在所述多个电容器单元与所述单元固定体之间，使所述多个电容器单元与所述单元固定体绝缘；金属制的散热体，该散热体具有与固定所述单元固定体的单元固定体用螺钉螺合的有底的第二螺纹孔，并且，在设有该第二螺纹孔的表面的背面侧具有冷却用介质流动的流路；罩，该罩覆盖所述散热体的表面即设有所述流路的表面。
另外，本发明的电容器模块以上述发明为基础，其特征在于，所述第二螺纹孔的个数比所述电容器单元的个数少。
另外，本发明的电容器模块以上述发明为基础，其特征在于，所述单元固定体是分别呈平板状的多个金属板，所述绝缘体是分别比所述金属板薄并与所述多个金属板数量相同或比所述多个金属板多的多个绝缘片。
另外，本发明的电容器模块以上述发明为基础，其特征在于，所述绝缘片具有：介于所述电容器单元与所述金属板之间的平面部；从所述平面部的长度方向的两端沿着所述电容器单元的侧面配置在所述电容器单元与所述单元固定体用螺钉之间的侧面部。
另外，本发明的电容器模块以上述发明为基础，其特征在于，所述散热体具有：设有所述第二螺纹孔及所述流路的平板状的基体部；从设有所述第二螺纹孔的所述基体部的表面的周缘与该基体部大致正交地设置并包围所述多个电容器单元的侧面的侧壁部。
另外，本发明的电容器模块以上述发明为基础，其特征在于，具备设置在所述单元用螺钉与所述单元固定体之间而使所述单元用螺钉与所述单元固定体绝缘的螺钉用绝缘体。
根据本发明，为了将固定多个电容器单元的单元固定体向散热体螺纹固定，在散热体的表面中的与形成有冷却用介质流动的流路的表面不同的表面上设置有有底的第二螺纹孔，因此，与在散热体形成贯通孔的情况相比，能够提高散热体的强度。另外，由于第二螺纹孔没有贯通散热体，因此，与第二螺纹孔贯通散热体的情况相比，与流路的形状相关的制约减少。从而，能够提供一种可提高模块整体的强度且设计冷却用介质的流路时的自由度大的电容器模块。
附图说明
图1是表示本发明一实施方式的电容器模块的结构的分解立体图。
图2是表示本发明一实施方式的电容器模块的框体底部的简要结构的图。
图3是在与本发明一实施方式的电容器模块的长度方向平行的截面观察到的电容器模块主要部分的局部剖视图。
图4是在与本发明一实施方式的电容器模块的宽度方向平行的截面观察到的电容器模块主要部分的局部剖视图。
图5是表示电容器单元的周边结构的分解立体图。
图6是表示电容器单元的内部结构的局部剖视图。
图7是表示固定有电容器单元及绝缘片的板向散热体安装的概要的图。
图8是示意性表示多个电容器单元经由母线连接的连接方式的图。
图9是表示使用本发明一实施方式的电容器模块的混合动力型建筑机械的简要结构的图。
符号说明：
1…电容器模块
2…电容器单元
3…金属板
4…绝缘片
5…散热体
6…罩
7、9…垫片
8…盖
10…配线盒
11…泵
12…衬套
13、15…垫圈
14…螺钉罩
16a、16b、16c、16d…母线
17…母线支架
18…平衡基板
21…电容器
22…电容器箱体
23…外部端子
24…端子板
25…覆膜
31…贯通孔
31a…大径部
31b…小径部
32、223、511、513、521…螺纹孔
41…平面部
42…侧面部
51…基体部
52…侧壁部
53…流入口
54…流出口
100…液压挖掘机
101…发动机
101a…自行移动部
101b…回旋部
102…发电电动机
103、105…变换器
104…回旋电动机
106…控制器
171…第一支架
172…第二支架
211…内部端子
221…底壁部
222…侧壁部
301、302、303…螺钉
411…开口部
512…流路
W…配线
具体实施方式
以下、参照附图说明用于实施本发明的优选方式(以下，称作“实施方式”)。需要说明的是，以下的说明中所参照的附图是示意性表示的图，在由不同附图表示同一物体时，存在尺寸或比例尺等不同的情况。
图1是表示本发明一实施方式的电容器模块的结构的分解立体图。图2是表示本实施方式的电容器模块的框体底部的简要结构的图。图3是在与本实施方式的电容器模块的长度方向平行的截面观察到的电容器模块主要部分的局部剖视图。图4是在与本实施方式的电容器模块的宽度方向平行的截面观察到的电容器模块主要部分的局部剖视图。
图1～图4所示的电容器模块1具备：规则配置的多个电容器单元2；将多个电容器单元2按规定数量进行固定的多个金属制的金属板3；设置在电容器单元2与金属板3之间并使电容器单元2与金属板3绝缘的绝缘片4；固定金属板3并对金属板3上的电容器单元2所产生的热进行散发的金属制的散热体5；覆盖散热体5的底面侧的罩6；介于散热体5与罩6之间以闭塞散热体5与罩6的间隙的垫片7；安装在散热体5上并覆盖电容器单元2的上表面的盖8；介于散热体5的上端与盖8之间以闭塞散热体5的上端与盖8的间隙的垫片9；收容与电容器单元2连接的配线等并设有外部连接用的连接器的配线盒10；向散热体5供给冷却电容器单元2的冷却水(冷却用介质)的泵11。
图5是表示电容器单元2的周边结构的分解立体图。另外，图6是表示电容器单元2的内部结构的局部剖视图。电容器单元2具有：电容器21；收容电容器21的电容器箱体22；与电容器21连接的两个外部端子23；在闭塞电容器箱体22的上部开口的状态下固定于电容器箱体22并保持外部端子23的端子板24；覆盖电容器箱体22的外周的绝缘性的覆膜25。电容器21具有分别与两个外部端子23连接的两个内部端子211。当从外部对两个外部端子23施加电压时，一个变为正极，另一个变为负极。作为这样的电容器21，可以使用双电层电容器等。
电容器箱体22由导热性比较好的铝等金属构成，呈一端封闭的筒状。电容器箱体22具有：载置电容器21的底壁部221；从底壁部221的外缘向上方延伸的侧壁部222。在底壁部221的中央部设有与将电容器单元2固定于金属板3的螺钉301(单元用螺钉)螺合的螺纹孔223(第一螺纹孔)。螺纹孔223在底壁部221的开口附近扩径，在该扩径部嵌合后述的衬套12的端部。底壁部221的壁厚充分大于侧壁部222的壁厚。
固定电容器单元2的金属板3呈平板状，具有：沿板厚方向贯通而使螺钉301插通的贯通孔31；沿板厚方向贯通而与将金属板3固定于散热体5的螺钉302(单元固定体用螺钉)螺合的螺纹孔32。贯通孔31具有：能够收容螺钉301的螺钉头的大径部31a；直径比大径部31a的直径小的能够使螺钉301的螺纹部插通的小径部31b。小径部31b与电容器单元2的螺纹孔223及设于绝缘片4的开口部411连通，具有比螺纹孔223的直径稍大的直径。金属板3由与电容器箱体22相同的铝等金属构成，对电容器模块1所具备的多个电容器单元2的一部分(在图5中为十二个)进行固定。
在螺钉301与金属板3之间设有使螺钉301和金属板3绝缘的多个螺钉用绝缘体。多个螺钉用绝缘体包括：树脂制的衬套12，该衬套12呈在一个端部形成有凸缘的中空圆筒形状，具有该凸缘的端部嵌合于电容器单元2的底壁部221，另一个端部插通于金属板3的贯通孔31的小径部31b及绝缘片4的开口部411，螺钉301的螺纹部插通该衬套12的中空部；树脂制的垫圈13，该垫圈13呈中空圆筒形状，将经由金属板3的贯通孔31的小径部31b向大径部31a延伸的衬套12的端部保持在中空部；树脂制的螺钉罩14，该螺钉罩14呈有底筒状，在收容有螺钉301的螺钉头的状态下嵌入金属板3的贯通孔31的大径部31a，开口侧被垫圈13密封。此外，在螺钉301与垫圈13之间设有金属制的垫圈15。
绝缘片4具有：介于电容器单元2与金属板3之间的平面部41；从平面部41的长度方向的两端沿着电容器单元2的侧面配置在电容器单元2与螺钉302之间的侧面部42。在平面部41设有六个开口部411，在组装了电容器模块1的状态下，六个开口部411与电容器单元2的螺纹孔223及金属板3的贯通孔31连通。绝缘片4使用具有导热性的绝缘性材料(例如硅橡胶)形成，除了使电容器单元2与金属板3绝缘的功能之外，还具有将电容器单元2所产生的热经由金属板3向散热体5传递的功能。绝缘片4使电容器模块1所具有的多个电容器单元2的一部分(在图5中为六个)与金属板3绝缘。
散热体5具有：平板状的基体部51；从基体部51的表面的周缘与基体部51大致正交地设置并包围多个电容器单元2的侧面的侧壁部52。散热体5与金属板3同样由铝等金属形成。在基体部51的上表面设有与金属板3的螺纹孔32连通的有底的螺纹孔511(第二螺纹孔)。另外，在基体部51的底面设有冷却电容器单元2的冷却水流动的流路512、用于螺纹固定罩6及垫片7的螺纹孔513。另一方面，在侧壁部52的上表面设有用于螺纹固定盖8及垫片9的螺纹孔521。
流路512具有如下结构：使从流入口53流入的冷却水分支为多处，在整个基体部51的底面循环后合流而到达流出口54。流路512的截面积在任意部位大致一致，在所有的电容器单元2的底部大致均匀地配置。因此，冷却水的流动顺畅，能够对所有的电容器单元2发挥相同的冷却效果。流入口53经由规定的配管与泵11连接，而流出口54与对在流路512中循环过来的冷却水进行冷却的冷却器(未图示)连接。通过冷却器冷却后的冷却水再次到达泵11而流入流路512。根据电容器21的温度调节冷却水的温度。电容器21的温度通过安装于母线的温度传感器检测，其中，所述母线位于电容器模块1内的规定位置。控制冷却器的控制器参照温度传感器的输出来控制冷却水的温度。
图7是表示固定有电容器单元2及绝缘片4的金属板3向散热体5安装的概要的图。通过使螺钉302与金属板3的螺纹孔32及散热体5的螺纹孔511螺合来固定金属板3与散热体5。在一张金属板3上安装两个绝缘片4。因此，在将固定有电容器单元2及绝缘片4的金属板3向散热体5安装之际，能够可靠地防止与螺纹孔32螺合的螺钉302与电容器单元2的底部接触的情况，其中，所述螺纹孔32位于两个绝缘片4相互对置的侧面部42之间。
在电容器模块1中，沿金属板3的长度方向并列配置两张金属板3，另一方面，沿金属板3的宽度方向并列配置五张金属板3，以矩阵状配置有共计十张金属板3。由于在一张金属板3上固定有十二个电容器单元2，因此，电容器模块1具有120个电容器单元2。
彼此相邻的两个电容器单元2的外部端子23经由銅等金属制的母线16a～16d中的任意一方电连接。图8是示意性地表示多个电容器单元2经由母线16a～16d连接的连接方式的图。母线16a～16d具有根据作为连结对象的两个外部端子23彼此的距离而相互不同的长度。母线16a配设在相同的绝缘片4上，且连结沿相互的长度方向相邻的电容器单元2的外部端子23彼此。母线16b安装于相同的金属板3并且配设在不同的绝缘片4上，且连接沿相互的长度方向相邻的电容器单元2的外部端子23彼此。母线16c连结沿相互的宽度方向相邻的电容器单元2的外部端子23彼此。母线16d安装于不同的金属板3，且连结沿相互的长度方向相邻的电容器单元2的外部端子23彼此。
如图8所示，多个电容器单元2通过使用母线16a～16d连结成锯齿状，且电串联连接。因此，能够在有限的空间中配置许多电容器单元2。此外，在图8中位于左上端和左下端的两个外部端子23是串联连接的多个电容器单元2的最端部的电极，分别经由配线W与外部连接。
母线16a、16b由呈薄板状的母线支架17保持(参照图5)。母线支架17具有：具有分别保持母线16a、16b的开口部的第一支架171；层叠在第一支架171的下方、具有使电容器单元2的外部端子23插通的开口部的第二支架172。
在母线支架17的第一支架171的上方层叠有平衡基板18，该平衡基板18连接电容器单元2所具有的两个外部端子23，具有调节电容器21的电压的功能。此外，也可以对各个电容器单元2单独设置平衡基板。
母线16a～16d、母线支架17及平衡基板18以相互层叠的状态配设在电容器单元2的上方，通过使螺钉303与外部端子23螺合而固定于电容器单元2。
图9是表示使用具有以上结构的电容器模块1的混合动力型建筑机械的简要结构的图。该图所示的混合动力型建筑机械为液压挖掘机100，具备：自行移动部101a，该自行移动部101a通过左右履带的旋转等自行移动；回旋部101b，该回旋部101b具有铲斗、斗杆、动臂等作业设备和驾驶室，能够相对于自行移动部101a绕指向规定方向的回旋轴回旋。另外，液压挖掘机100具备：电容器模块1；作为驱动源的发动机101；具有与发动机101的驱动轴直接连结的驱动轴的发电电动机102；驱动发电电动机102的变换器103；具有与回旋部101b连结的驱动轴、且使回旋部101b相对于自行移动部101a绕规定的轴回旋的回旋电动机104；驱动回旋电动机104的变换器105；进行液压挖掘机100的动作控制的控制器106。电容器模块1具有如下功能：向发电电动机102或回旋电动机104供给电力，另一方面，存储发电电动机102或回旋电动机104发电产生的电力。
在液压挖掘机100中，冷却水经由电容器模块1、变换器103及105。其中，若来自冷却器的输出最初经由电容器模块1，则能够通过处于最低温状态的冷却水来进行耐热温度低的电容器单元2的散热，因此更为优选。
根据以上说明的本发明的一实施方式，由于形成有多个通过将一部分电容器单元安装于金属板而得到的辅助模块，并将各辅助模块的金属板固定于散热体，因此，与通过贯通散热体的螺钉来固定电容器单元的情况相比，能够进一步提高组装性。
另外，根据本实施方式，由于固定电容器单元的单元用螺钉没有贯通冷却用介质的流路之间，因此，无需设置用于使流路中流动的冷却用介质与单元用螺钉绝缘的其它部件。从而能够降低电容器模块的制造成本。
需要说明的是，在本实施方式中，虽然图示了电容器模块1具有120个电容器单元2的情况，但这只不过是一个例子，电容器单元2的个数和排列方法可以适当变更。
另外，相对于一张金属板固定的电容器单元的个数和绝缘片的张数可以适当变更。
另外，也可以通过使具有侧壁的盖盖在呈平板状的散热体上来构成电容器模块的框体部分。
这样，本发明包含没有在这里记载的各种实施方式等，在不脱离权利要求书所限定的技术思想的范围内，可以实施各种设计变更等。
产业上的可利用性
本发明的电容器模块在搭载发动机及发电电动机作为驱动源的混合动力型车辆中，适合用作蓄积由发动机驱动的发电电动机发电产生的电力的蓄电装置。

Claims (6)

1.一种电容器模块，其特征在于，具备：
多个电容器单元，该多个电容器单元分别具有电容器、在底面设置有有底的第一螺纹孔且收纳所述电容器的电容器箱体；
金属制的单元固定体，该单元固定体具有与所述第一螺纹孔连通的贯通孔，通过使经由该贯通孔固定所述电容器单元的单元用螺钉与所述第一螺纹孔螺合，而分别固定所述多个电容器单元；
绝缘体，该绝缘体由具有导热性的绝缘性材料构成，设置在所述多个电容器单元与所述单元固定体之间，使所述多个电容器单元与所述单元固定体绝缘；
金属制的散热体，该散热体具有与固定所述单元固定体的单元固定体用螺钉螺合的有底的第二螺纹孔，并且，在设有该第二螺纹孔的表面的背面侧具有冷却用介质流动的流路；
罩，该罩覆盖所述散热体的设有所述流路的表面。
2.根据权利要求1所述的电容器模块，其特征在于，
所述第二螺纹孔的个数比所述电容器单元的个数少。
3.根据权利要求1或2所述的电容器模块，其特征在于，
所述单元固定体是分别呈平板状的多个金属板，
所述绝缘体是分别比所述金属板薄并与所述多个金属板数量相同或比所述多个金属板多的多个绝缘片。
4.根据权利要求3所述的电容器模块，其特征在于，
所述绝缘片具有：
介于所述电容器单元与所述金属板之间的平面部；
从所述平面部的长度方向的两端沿着所述电容器单元的侧面配置在所述电容器单元与所述单元固定体用螺钉之间的侧面部。
5.根据权利要求1或2所述的电容器模块，其特征在于，
所述散热体具有：
设有所述第二螺纹孔及所述流路的平板状的基体部；
从设有所述第二螺纹孔的所述基体部的表面的周缘与该基体部正交地设置并包围所述多个电容器单元的侧面的侧壁部。
6.根据权利要求1或2所述的电容器模块，其特征在于，
具备设置在所述单元用螺钉与所述单元固定体之间而使所述单元用螺钉与所述单元固定体绝缘的螺钉用的绝缘体。
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