CN102290242A - 薄膜电容器的散热结构及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种薄膜电容器的散热结构及方法，所述薄膜电容器包括薄膜芯子、与薄膜芯子的端面连接的正负母排，薄膜芯子和母排设于一个封闭的塑料外壳中，母排分别从塑料外壳与冷却板接触的底面延伸形成一外延部，该外延部与冷却板接触，或者薄膜芯子和母排设于一个底部开放的塑料外壳中，母排直接或者通过延伸形成的外延部与冷却板接触，相接触的母排与冷却板之间设置有绝缘纸。本发明在保证薄膜电容器的原尺寸基础上，将内部的母排延伸，使其通过绝缘纸与冷却板接触散热，从而大幅度降低了薄膜电容器的热阻，完全解决了薄膜电容器的散热问题，进而延长了其使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种薄膜电容器，具体属于一种薄膜电容器的散热结构。
背景技术
薄膜电容器是一种性能良好的电容器，其具有寄生参数小、温度频响特性好、安全可靠的特点，正逐渐取代传统的电解电容器，目前被大规模地使用于汽车领域，尤其是电动汽车和混合动力汽车中。
薄膜电容的薄膜芯子1具有热传导的各项相异性，其薄膜本身的导热性并不好，但是薄膜11上面蒸镀了一层金属镀层12具有很好的导热性，因此热量比较容易沿卷绕的轴向方向传导出来，即薄膜芯子沿轴向的热阻比沿径向的热阻小得多，如图1所示。一个大的薄膜电容会由几个芯子并联组成，由内部母排实现多个芯子的并联。通常芯子有两种排列方式，一种是多个薄膜芯子1竖直排列，如图2a所示，此时薄膜芯子1的卷绕轴垂直地平行排列，另一种是多个薄膜芯子1水平排列，如图2b所示，此时薄膜芯子1的卷绕轴水平地平行排列。在前述结构中，正母排2与薄膜芯子1的一个端面进行焊接，负母排3与薄膜芯子1的另一个端面进行焊接，即母排面垂直于卷绕轴。为了防止外部水汽或空气进入导致电容器被腐蚀，以及与外部水冷板的绝缘，薄膜电容器的内部芯子被几毫米厚的灌封料4及塑料外壳5所包裹，故电容器内部的热量也很难传导出来，即使对电容器采用水冷也会因为塑料外壳5高传导热阻使散热效果极差，如图3所示。在电动/混合动力汽车中，母线薄膜电容器负责吸收车载逆变器产生的高次谐波电流，一台50kW的逆变器可以产生100A以上的谐波电流。尤其在混合动力应用中，其环境可以达到105℃的高温，而电容器内部的聚丙烯膜耐受的热点温度也为105℃，所以电容器此时根本无法承担任何电流带来的发热。即使环境温度在85℃以下，在全额工作时内部芯子温度也会长时间接近105℃，使电容器寿命缩短。
为了使电容器正常工作而不被损坏，一种是采用增加电容器体积，通过增大等效面积的方法使电容器的内阻及热阻下降，这显然与电动汽车高功率密度及低成本的要求背道而驰。另外一种通用方法是增加电容器温度传感器，在其过温时进行功率降额，使整个电机驱动系统的动力输出被电容器的瓶颈所限定。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种薄膜电容器的散热结构及方法，可以有效降低薄膜电容器的热阻，解决内部芯子的散热问题，延长使用寿命。
为解决上述技术问题，本发明提供的薄膜电容器的散热结构，所述薄膜电容器包括薄膜芯子、与薄膜芯子的端面连接的正负母排，所述薄膜芯子和正负母排通过灌封料塑封于塑料外壳中，所述母排延伸至与冷却板接触，相接触的母排和冷却板之间设置有绝缘纸。
在上述结构中，所述薄膜芯子和母排设于封闭的塑料外壳中，该塑料外壳固定在冷却板上，所述母排从塑料外壳的底面伸出并形成外延部，该外延部与冷却板接触，相接触的外延部与冷却板之间设置有绝缘纸。或者，所述薄膜芯子和母排设于底部开放的塑料外壳中，该塑料外壳固定在冷却板上，所述母排直接与冷却板接触，或者通过延伸形成的外延部与冷却板接触，相接触的母排与冷却板之间设置有绝缘纸。
进一步地，所述塑料外壳的底部对外开放，薄膜芯子外露或者被灌封料包裹。
进一步地，所述塑料外壳靠近冷却板的底部延伸有固定脚，所述固定脚通过螺钉与冷却板紧固连接。
进一步地，所述延伸至塑料外壳外部的母排外延部与冷却板通过螺钉固定连接，螺钉孔的周围设有使母排和螺钉电压绝缘的塑料层。
其中，所述塑料外壳底部与冷却板接触的外周涂有隔绝水汽的密封胶。所述冷却板为水冷板。所述塑料外壳的内壁上覆盖有灌封料。
本发明还提供一种薄膜电容器的散热方法，所述薄膜电容器包括中心轴垂直于冷却板的薄膜芯子、与薄膜芯子的端面连接的正负母排，所述薄膜芯子和正负母排装于封闭的塑料外壳中，塑料外壳的内部设有一层灌封料，包括以下步骤：去除塑料外壳和冷却板相接触的外壳底面及外壳底面上的灌封料，使正负母排外露；在冷却板上设置绝缘纸，使电容器的内部高压被隔离；与薄膜芯子底面连接的母排通过绝缘纸与冷却板接触进行散热，与薄膜芯子顶面连接的母排沿薄膜芯子的侧壁延伸并在塑料外壳的底部形成一母排外延部，所述母排外延部通过绝缘纸与冷却板接触进行热量传递；在塑料外壳底部与冷却板接触的间隙外周涂上密封胶以隔绝水汽进入；在塑料外壳靠近冷却板的底部延伸形成固定脚，在固定脚上安装螺钉使塑料外壳和冷却板紧固连接；同时在母排外延部打螺钉孔，并在螺钉孔周围注塑一塑料层，安装螺钉使母排与冷却板紧密接触。
本发明提供的另一种薄膜电容器的散热方法，所述薄膜电容器包括中心轴平行于冷却板的薄膜芯子、与薄膜芯子的端面连接的正负母排，所述薄膜芯子和正负母排装于封闭的塑料外壳中，塑料外壳的内部设有一层灌封料，包括以下步骤：去除塑料外壳和冷却板相接触的外壳底面及外壳底面上的灌封料，或者去除外壳底面但保留外壳底面上的灌封料，使正负母排外露；在冷却板上设置绝缘纸，使电容器的内部高压被隔离；与薄膜芯子端面连接的正负母排向塑料外壳的底部延伸并分别形成一母排外延部，所述母排外延部通过绝缘纸与冷却板接触进行热量传递；在塑料外壳底部与冷却板接触的间隙外周涂上密封胶以隔绝水汽进入；在塑料外壳靠近冷却板的底部延伸形成固定脚，在固定脚上安装螺钉使塑料外壳和冷却板紧固连接。
本发明再提供的一种薄膜电容器的散热方法，所述薄膜电容器包括薄膜芯子、与薄膜芯子的端面连接的正负母排，所述薄膜芯子和正负母排装于封闭的塑料外壳中，塑料外壳的内部设有一层灌封料，包括以下步骤：在冷却板上设置绝缘纸；母排分别延伸从塑料外壳的底面穿出并形成母排外延部，该母排外延部通过绝缘纸与冷却板接触进行热量传递；在塑料外壳靠近冷却板的底部延伸形成固定脚，在固定脚上安装螺钉使塑料外壳和冷却板紧固连接。
本发明的有益效果在于，在保证薄膜电容器的原尺寸基础上，将内部的母排延伸，使其通过绝缘纸与冷却板接触散热，从而大幅度降低了薄膜电容器的热阻，完全解决了薄膜电容器的散热问题，进而延长了其使用寿命。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是本发明中薄膜芯子的结构示意图；
图2a是本发明中多个薄膜芯子竖直并联的结构示意图；
图2b是本发明中多个薄膜芯子水平并联的结构示意图；
图3是本发明的薄膜电容器结构示意图；
图4a是本发明中第一实施例的结构示意图，其中薄膜芯子处于竖直状态；
图4b是本发明中第一实施例的结构示意图，其中薄膜芯子处于水平状态；
图5为本发明中第二实施例的结构示意图。
其中附图标记说明如下：
1为薄膜芯子 11为薄膜
12为金属镀层 2为正母排
3为负母排 4为灌封料
5为塑料外壳 6为水冷板
7为绝缘纸 8为正母排外延部
9为负母排外延部 10为密封胶
20为螺钉
具体实施方式
本发明的薄膜电容器的散热结构，所述薄膜电容器包括薄膜芯子1、与薄膜芯子1的端面连接的正负母排2、3，所述母排延伸至与冷却板接触，相接触的母排和冷却板之间设置有绝缘纸。
本发明提供的第一实施例，如图4a、4b所示，所述薄膜芯子1和母排2、3设于一个底部开放的塑料外壳5中，该塑料外壳5固定在水冷板6上。
如图4a所示，薄膜芯子1处于竖直状态，其上端面连接有负母排3，下端面连接有正母排2。在本实施例中，塑料外壳5的底面和底面上的灌封料被去除，所以正母排2直接通过绝缘纸7与水冷板6接触。位于薄膜芯子1顶部的负母排3沿着薄膜芯子1的侧壁延伸，并形成一个负母排外延部9伸出塑料外壳1外，延伸至底面的负母排外延部9通过绝缘纸7与水冷板6接触。塑料外壳1靠近水冷板6的底部一侧延伸有固定脚，所述固定脚通过螺钉20与水冷板6紧固连接。同时，伸出塑料外壳1的负母排外延部9上开螺钉孔，并且在螺钉孔周围设有塑料层使负母排外延部9和螺钉20之间电压绝缘，螺钉20使负母排外延部9与水冷板6紧密接触以保证较小的接触热阻。
图4a所示薄膜电容器的散热方法，所述薄膜电容器包括薄膜芯子1、与薄膜芯子1的端面连接的正负母排2、3，所述薄膜芯子1和正负母排2、3装于封闭的塑料外壳5中，塑料外壳5的内部覆盖有一层灌封料4，薄膜芯子1的中心轴垂直于水冷板6，包括以下步骤：去除塑料外壳5的底面及底面上的灌封料4，使正负母排2、3外露；在水冷板6上设置绝缘纸7，使电容器的内部高压被隔离；与薄膜芯子1底面连接的母排通过绝缘纸7与水冷板6接触进行散热，与薄膜芯子1顶面连接的母排沿薄膜芯子1的侧壁延伸并在塑料外壳5的底部形成一母排外延部，所述母排外延部通过绝缘纸7与水冷板6接触进行热量传递；在塑料外壳1底部与水冷板6接触的间隙外周涂上密封胶10以隔绝水汽进入，防止内部的灌封料无法满足防水需求；在塑料外壳1靠近水冷板6的底部延伸形成固定脚，在固定脚上安装螺钉20使塑料外壳1和水冷板6紧固连接，提供与水冷板6接触的压力；同时在母排外延部打螺钉孔，并在螺钉孔周围注塑一塑料层，安装螺钉20使母排与水冷板6紧密接触。
如图4b所示，薄膜芯子1处于水平状态，其左侧端面连接有正母排2，右侧端面连接有负母排3。在本实施例中，塑料外壳5的底面被去除，底面上的灌封料4保留以防止薄膜芯子1在使用过程中被水汽腐蚀。正母排2和负母排3分别延伸形成正母排外延部8、负母排外延部9，正母排外延部8和负母排外延部9直接通过绝缘纸7与水冷板6接触。塑料外壳1靠近水冷板6的底部两侧分别延伸有固定脚，所述固定脚通过螺钉20与水冷板6紧固连接。
图4b所示薄膜电容器的散热方法，所述薄膜芯子1和正负母排2、3装于封闭的塑料外壳5中，塑料外壳5的内部覆盖有一层灌封料4，薄膜芯子1的中心轴平行于水冷板6，包括以下步骤：去除塑料外壳1的底面，保留底面上的灌封料4，使正负母排2、3外露；在水冷板6上设置绝缘纸7，使电容器的内部高压被隔离；与薄膜芯子1端面连接的正负母排2、3向塑料外壳5的底部延伸并分别形成一母排外延部，所述母排外延部通过绝缘纸7与水冷板6接触进行热量传递；在塑料外壳5底部与水冷板6接触的间隙外周涂上密封胶10以隔绝水汽进入；在塑料外壳5靠近水冷板6的底部延伸形成固定脚，在固定脚上安装螺钉20使塑料外壳5和水冷板6紧固连接。
如图4a、4b所示，箭头所示方向即为热量传递路径，整个路径均为金属，并且塑料外壳去除了塑料底面，故其导热性提高，热阻大大下降。由于去掉了底部外壳，所以采用绝缘纸对电容器内部的高压进行隔离，同时在塑料外壳底部与水冷板6接触的外周涂有隔绝水汽的密封胶10。
本发明提供的第二实施例，如图5所示，所述薄膜芯子1和母排2、3设于一个封闭的塑料外壳5(如图中阴影部分，塑料外壳5的内壁设有一层灌封料，图中未示出)中，该塑料外壳5固定在水冷板6上。所述正母排2、负母排3分别从塑料外壳5与水冷板6接触的底板中穿出，并向内延伸形成正母排外延部8和负母排外延部9，正母排外延部8和负母排外延部9通过绝缘纸与水冷板6接触。同样地，塑料外壳1靠近水冷板6的底部两侧分别延伸有固定脚，所述固定脚通过螺钉20与水冷板6紧固连接。在本实施例中，由于塑料外壳1的底板不去掉，所以不需要密封胶。图5中示出的是薄膜芯子1处于水平状态的情况，薄膜芯子1处于竖直状态的情况与前述相同。
图5所示的薄膜电容器散热方法，所述薄膜芯子1和正负母排2、3装于封闭的塑料外壳5中，塑料外壳5的内部覆盖有一层灌封料4，包括以下步骤：在水冷板6上设置绝缘纸7；母排分别延伸从塑料外壳5与水冷板6接触的底面穿出并形成母排外延部，该母排外延部通过绝缘纸7与水冷板6接触进行热量传递；在塑料外壳5靠近水冷板6的底部延伸形成固定脚，在固定脚上安装螺钉20使塑料外壳5和水冷板6紧固连接。
在上述三个实施例中，塑料外壳底面的灌封料可以根据实际情况保留或者去除，以实现较好的散热效果，或者对薄膜芯子进行保护以防止水汽对芯子的腐蚀。
本发明的有益效果在于，在保证薄膜电容器的原尺寸基础上，将内部的母排延伸，使其通过绝缘纸与冷却板接触散热，从而大幅度降低了薄膜电容器的热阻，完全解决了薄膜电容器的散热问题，进而延长了其使用寿命。
以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，该实施例仅仅是本发明的较佳实施例，其并非对本发明进行限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员对母排的延伸结构和位置、塑料外壳的固定结构、灌封料的处理，以及电容器的散热方式各步骤的先后顺序等做出的等效置换和改进，均应视为在本发明所保护的技术范畴内。
Claims (10)
1.一种薄膜电容器的散热结构，所述薄膜电容器包括薄膜芯子、与薄膜芯子的端面连接的正负母排，所述薄膜芯子和正负母排通过灌封料塑封于塑料外壳中，其特征在于：所述母排延伸至与冷却板接触，相接触的母排和冷却板之间设置有绝缘纸。
2.根据权利要求1所述的薄膜电容器的散热结构，其特征在于：所述薄膜芯子和母排设于封闭的塑料外壳中，该塑料外壳固定在冷却板上，所述母排从塑料外壳的底面伸出并形成外延部，该外延部与冷却板接触，相接触的外延部与冷却板之间设置有绝缘纸。
3.根据权利要求1所述的薄膜电容器的散热结构，其特征在于：所述薄膜芯子和母排设于底部开放的塑料外壳中，该塑料外壳固定在冷却板上，所述母排直接与冷却板接触，或者通过延伸形成的外延部与冷却板接触，相接触的母排与冷却板之间设置有绝缘纸。
4.根据权利要求3所述的薄膜电容器的散热结构，其特征在于：所述塑料外壳的底部对外开放，薄膜芯子外露或者被灌封料包裹。
5.根据权利要求2或3所述的薄膜电容器的散热结构，其特征在于：所述塑料外壳靠近冷却板的底部延伸有固定脚，所述固定脚通过螺钉与冷却板紧固连接；所述延伸至塑料外壳外部的母排外延部与冷却板通过螺钉固定连接，螺钉孔的周围设有使母排和螺钉电压绝缘的塑料层。
6.根据权利要求3所述的薄膜电容器的散热结构，其特征在于：所述塑料外壳底部与冷却板接触的外周涂有隔绝水汽的密封胶。
7.根据权利要求1或2或3所述的薄膜电容器的散热结构，其特征在于：所述冷却板为水冷板。
8.一种薄膜电容器的散热方法，所述薄膜电容器包括中心轴垂直于冷却板的薄膜芯子、与薄膜芯子的端面连接的正负母排，所述薄膜芯子和正负母排装于封闭的塑料外壳中，塑料外壳的内部设有一层灌封料，其特征在于，包括以下步骤：
去除塑料外壳和冷却板相接触的外壳底面及外壳底面上的灌封料，使正负母排外露；
在冷却板上设置绝缘纸，使电容器的内部高压被隔离；
与薄膜芯子底面连接的母排通过绝缘纸与冷却板接触进行散热，与薄膜芯子顶面连接的母排沿薄膜芯子的侧壁延伸并在塑料外壳的底部形成一母排外延部，所述母排外延部通过绝缘纸与冷却板接触进行热量传递；
在塑料外壳底部与冷却板接触的间隙外周涂上密封胶以隔绝水汽进入；
在塑料外壳靠近冷却板的底部延伸形成固定脚，在固定脚上安装螺钉使塑料外壳和冷却板紧固连接；同时在母排外延部打螺钉孔，并在螺钉孔周围注塑一塑料层，安装螺钉使母排与冷却板紧密接触。
9.一种薄膜电容器的散热方法，所述薄膜电容器包括中心轴平行于冷却板的薄膜芯子、与薄膜芯子的端面连接的正负母排，所述薄膜芯子和正负母排装于封闭的塑料外壳中，塑料外壳的内部设有一层灌封料，其特征在于，包括以下步骤：
去除塑料外壳和冷却板相接触的外壳底面及外壳底面上的灌封料，或者去除外壳底面但保留外壳底面上的灌封料，使正负母排外露；
在冷却板上设置绝缘纸，使电容器的内部高压被隔离；
与薄膜芯子端面连接的正负母排向塑料外壳的底部延伸并分别形成一母排外延部，所述母排外延部通过绝缘纸与冷却板接触进行热量传递；
在塑料外壳底部与冷却板接触的间隙外周涂上密封胶以隔绝水汽进入；
在塑料外壳靠近冷却板的底部延伸形成固定脚，在固定脚上安装螺钉使塑料外壳和冷却板紧固连接。
10.一种薄膜电容器的散热方法，所述薄膜电容器包括薄膜芯子、与薄膜芯子的端面连接的正负母排，所述薄膜芯子和正负母排装于封闭的塑料外壳中，塑料外壳的内部设有一层灌封料，其特征在于，包括以下步骤：
在冷却板上设置绝缘纸；
母排分别延伸从塑料外壳的底面穿出并形成母排外延部，该母排外延部通过绝缘纸与冷却板接触进行热量传递；
在塑料外壳靠近冷却板的底部延伸形成固定脚，在固定脚上安装螺钉使塑料外壳和冷却板紧固连接。
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