CN109313985B - 电极冷却的电容器组件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电容器组件(10)，其包括电容器(24)、第一端子(11)、冷却装置(30)和包含所述电容器(24)的壳体(27)，其中，第一端子(11)具有第一吸热部件(12)和第一排热部件(13)，第一端子(11)通过所述第一吸热部件(12)和第一排热部件(13)将热量从电容器(24)的第一侧面(25)排出到冷却装置(30)；其中，电容器(24)的所述第一侧面(25)是背离所述冷却装置(30)的侧面。
Description
技术领域
本发明涉及一种电容器组件和一种系统以及一种交通工具。
背景技术
电容器绕组缠绕在金属化塑料薄膜上的电容器必须具有绝缘特性。电绝缘或塑料薄膜的缺点在于电容器中产生的热量难以导出，尤其是当电容器具有阻碍量热导出的壳体时。因此，在电容器运行时电容器内部的温度有可能变得非常高，例如为100℃或更高。但不应超过确定的温度，否则会损坏电容器。
为了将电容器中产生的热量很好地导出，由现有技术已知：使电容器绕组与冷却装置的良好导热性器件接触并且在电容器绕组的一端与冷却装置之间建立导热连接。
通常，多个电容器绕组设置在一个容器内。容器的上侧敞开，因此冷却装置可设置在电容器的上侧上。在电容器上侧上或者说朝向冷却装置的侧面上的热量可通过与设置在容器上侧上的冷却装置接触而导出。但在电容器下侧上或者说背离冷却装置的侧面上产生的热量却难以向外导出。根据研究结果，电容器下侧的温度可达到如下的高内部温度，其比电容器上侧的温度高大约15℃。如果下侧不被冷却并且电容器下侧的温度超过一确定的极限温度，则电容器可由于电容器下侧的高温而被损坏。因此，不仅电容器的上侧而且其下侧也必须被均匀地冷却。
此外，EP 1878031 B1公开了一种设置在壳体中的电容器。在电容器或壳体的上侧上安装有冷却板。在电容器的上侧上设置冷却表面用于冷却电容器。该冷却表面由电容器的一个端子构成。电流通过该端子导向电容器。两个端子的导电板在电容器的上侧上彼此重叠。两个(导电)板中的上部板用作冷却元件。上部板与安装在电容器上侧上的冷却板形成热接触。因而热量可从上侧并从电容器的两侧通过端子向冷却板导出。
发明内容
因此，本发明的任务在于提供一种具有改进的热量导出功能的电容器组件。此外，不应显著增加电容器组件的成本和安装空间。
根据本发明的电容器组件包括电容器、第一端子、冷却装置和包含所述电容器的壳体。第一端子具有第一吸热部件和第一排热部件。第一端子通过第一吸热部件和第一排热部件将发热量从电容器的第一侧面排出到冷却装置，其中，电容器的第一侧面是背离所述冷却装置的侧面。
因此，第一端子不仅用作根据本发明的电容器组件的电导体或者说电气端子，而且也用于在电容器的背离所述冷却装置的侧面和冷却装置之间形成“热桥”。在电容器的背离所述冷却装置的侧面上产生的热量可通过该热桥向外导出或导出到所述冷却装置。由此，可高效地冷却电容器，从而可避免电容器因电容器的背离冷却装置的侧面上的高温而损坏。
优选地，第一吸热部件与电容器的第一侧面形成热接触，并且，第一排热部件与所述冷却装置形成热接触。排热部件的接触表面可与冷却装置例如通过电绝缘导热垫热接触或通过其它电绝缘但导热好的元件热接触，以便将热量引导朝向所述冷却装置传递。有利的是，这种电绝缘但导热好的元件具有一定的弹性，由此可补偿制造公差并且可确保持续好的热传递。
根据本发明的一扩展方案，第一吸热部件与电容器电连接，其中，第一排热部件具有第一冷却鳍片。
根据本发明的一扩展方案，电容器组件具有第二端子，该第二端子包括第二吸热部件和第二排热部件，其中，第二端子可通过所述第二吸热部件和第二排热部件将热量从电容器的第二侧面朝向所述冷却装置引导。由此，可高效地冷却电容器。从而可以避免电容器因高温而损坏。
有利的是，第二端子用于在电容器的第二侧面和所述冷却装置之间形成“热桥”。在电容器的第二侧面上产生的热量可通过该热桥向外导出或导出到所述冷却装置上。
优选地，电容器的第二侧面是朝向所述冷却装置的侧面。
通过第一和第二端子可均匀地冷却所述电容器的背离所述冷却装置的侧面和朝向所述冷却装置的侧面。
优选地，第二吸热部件与电容器的第二侧面形成热接触，其中，第二排热部件与所述冷却装置形成热接触。
优选地，第二吸热部件与电容器电连接，并且，第二排热部件具有第二冷却鳍片。
优选地，第一端子与所述冷却装置形成热接触。
有利的是，发热量也可通过第一端子排出到所述冷却装置上。
优选地，所述冷却装置设置在电容器的壳体上。
优选地，第一吸热部件具有U形区段，该U形区段包括两个腿部和一个设置在这两个腿部之间的腹板。该U形吸热部件从三个侧面或者说从电容器的背离冷却装置的侧面和两个另外的侧面包围电容器，其中，该U形吸热部件的腹板在电容器的背离所述冷却装置的侧面上与电容器的一个电极电连接。
优选地，第一吸热部件与第一排热部件连接。
优选地，第一端子设置在所述壳体的第一边缘上，第一排热部件设置所述壳体的第二边缘上。
本发明的主要优点在于：本发明的构型几乎不需要附加的安装空间。因而无需修改或只需不明显地修改电容器的壳体来实现根据本发明的电容器组件。
优选地，第一排热部件和第二排热部件设置在一个共同的平面中并且彼此电绝缘。
优选地，电容器通过注型料(Vergussmasse)被注型到所述壳体中。由此电容器通过注型不仅可得以固定，而且也可向外部电绝缘。
本发明还提出一种系统。该系统包括IGBT模块和上述电容器组件，其中，所述冷却装置既用于冷却所述电容器组件，也用于冷却IGBT模块。IGBT模块设置用于将例如由电动或混合动力交通工具的高压电池提供的直流电压转换成多相交流电压，或者反之亦然。
本发明还提出一种包括上述系统的电动交通工具或混合动力交通工具。
在电容器正常运行期间，在电容器的背离冷却装置的侧面上的温度最高。借助根据本发明的组件可将电容器中产生的热量、尤其是将电容器的背离冷却装置的侧面上的热量例如通过板材条很好地向外引导或引导到所述冷却装置。根据本发明，电容器的第一电气端子可形成热桥，更确切地说通过吸热部件和排热部件或者说第一冷却鳍片。由于一方面第一吸热部件与电容器的背离冷却装置的侧面形成热接触并且另一方面第一冷却鳍片与冷却装置形成热接触，因此在电容器的背离冷却装置的侧面上产生的发热量可高效地向外导出或导出到冷却装置。由此可避免电容器由于内部高温而损坏。
有利的是，所述端子、第一吸热部件和冷却鳍片可一件式地构成。第一吸热部件和第一冷却鳍片可连同第一端子和吸热部件由一块板材形成，该板材例如可以是冲压的板材。由于第一吸热部件和第一冷却鳍片可由一块板材一件式地构成，因而根据本发明的冷却鳍片可相对成本有利地实施。
另外，根据本发明的电容器组件不需要另外的安装空间来设置所述吸热部件和冷却鳍片。
附图说明
下面结合附图详细阐述本发明。附图示出：
图1示出电容器组件的一实施例的横截面图；
图2A示出根据图1的电容器组件的立体图；和
图2B示出图1或图2A的电容器组件的另一立体剖面图。
具体实施方式
下面说明的实施例构成本发明的优选实施方式。
图1示出一种电容器组件10，其包括电容器24、第一端子11、第二端子15、冷却装置30和壳体27。第一端子11和第二端子15分别与电容器的一个电极连接。第一端子11和第二端子15在一个区段14上以上下重叠延伸的方式设置，其中，在这两个端子11和15之间还设有绝缘装置。该绝缘装置必要时多层地构造。第一和第二端子11和15分别在壳体27的第一边缘28中从壳体27引出。冷却装置30、如液体冷却器设置在壳体27开口的上方。
第一端子11具有第一吸热部件12。该第一吸热部件12由U形板材构成。U形的第一吸热部件12与电容器24的下侧25电连接，即与背离冷却装置30的侧面电连接。第一吸热部件12从壳体27的第一边缘28延伸至电容器24的下侧25并从电容器24的下侧25延伸至壳体27的第二边缘29。在第一吸热部件12的下接触表面上设有钎焊区域用于钎焊电容器24下侧25的接触表面，从而第一吸热部件12可固定在电容器24的下侧25上。
第一吸热部件12与壳体27外部的冷却鳍片13连接。该冷却鳍片13设置在壳体27上方并且与安装在电容器24上方的冷却装置30形成热接触。第一吸热部件12和冷却鳍片13在电容器24下侧25与壳体27上侧或者说冷却装置30之间形成热桥。由于冷却鳍片13与冷却装置30形成热接触，因而在电容器下侧上产生的热量可被良好地向壳体27上侧的冷却鳍片13导出并且通过在冷却鳍片13与冷却装置30之间的热接触进一步导到冷却装置30。
冷却鳍片13可这样设置，使得其接触表面通过电绝缘的导热材料32、如导热垫与冷却装置30热连接，以便将热量传递到冷却装置30。由此降低电容器24下侧25的温度。从而可避免电容器由于电容器下侧上产生的高发热量而被损坏。
虽然导热材料32的绝缘层以一层示出，但其可特别优选以两层或甚至更多层的方式实施。尤其是可通过多层绝缘膜实现绝缘。
第一端子11包括第一吸热部件12和冷却鳍片13，因而热功率可从设置在壳体27底部上的电容器下侧通过第一端子11、第一吸热部件12和冷却鳍片13向外引导。可通过弯曲板材来制造第一端子11、吸热部件12和冷却鳍片13。吸热部件12也可作为单独的部件固定在第一端子11上。冷却鳍片13也可作为单独的部件与吸热部件12连接。
区段14设置在壳体27的第一边缘28上并且与冷却装置30形成热接触，因此两个端子11和15可通过区段14将热量排出到冷却装置30。
非常类似地，第二端子15具有第二吸热部件16。第二吸热部件16由板材构成，其与电容器24的上侧26、即与电容器的朝向冷却装置30的侧面形成热接触。吸热部件16从壳体27的第一边缘28沿电容器24的上侧26朝向壳体27的第二边缘29延伸。在吸热部件16的下接触表面上设有钎焊区域用于钎焊电容器24的上侧26的接触表面，从而吸热部件16可固定在电容器24的上侧26上。
吸热部件16与壳体27上方的冷却鳍片17连接。冷却鳍片17与设置在电容器24上方的冷却装置30形成热接触。冷却鳍片17和吸热部件16在图1所示的侧视图中U形弯曲。吸热部件16和冷却鳍片17在电容器24上侧26和冷却装置30之间形成热桥。由于冷却鳍片17与冷却装置30形成热接触，因而在电容器上侧上产生的热量容易向外向冷却鳍片17引导并且通过在冷却鳍片17与冷却装置30之间的热接触朝向冷却装置30引导。
冷却鳍片17可这样设置，使得其接触表面通过电绝缘的导热材料32与冷却装置30热连接，以便将热量传递到冷却装置30。由此，可降低电容器24上侧26的温度。
第二端子15包括吸热部件16和冷却鳍片17，从而热量可从电容器24上侧26通过第二端子15、吸热部件16和冷却鳍片17向外引导。第二端子15、吸热部件16和冷却鳍片17可通过弯曲板材制造。吸热部件16也可作为单独的部件固定在第二端子15上。冷却鳍片17也可作为单独的部件与吸热部件16连接。
为了保护电容器24及其接触表面或者说吸热部件12和16，有意义的是将注型料、例如合成树脂注型到壳体27中。电容器24因此可被注型到壳体27中。注型料的上边缘位于电容器24的上侧26和壳体27的上边缘之间。因此，通过注型实现电容器24以及吸热部件12和16的密闭封装。此外，在所示实施例中实现了从电容器24的接触表面到冷却鳍片13和17的短的热路径。
冷却装置30可设置在IGBT模块(IGBT表示绝缘栅双极晶体管)上。例如冷却装置30设置在电容器组件10和IGBT模块(未示出)之间，在此冷却装置也用于冷却IGBT模块。有利的是，电容器组件10和IGBT模块可将发热量排出到一个共同的冷却装置上。
图2A和2B以立体图示出根据本发明的电容器组件而未示出冷却装置30。冷却鳍片13和17设置在同一平面上并且朝向两个相反的方向弯曲，以便彼此绝缘。冷却鳍片13和17这样构型，使得冷却鳍片13和17的接触表面足够大以便能通过导热材料32向冷却装置30传递热量。导热材料32的热传导越好，冷却鳍片13和17就可构造得越小。冷却鳍片13和17可由金属板材(例如由铜或铝制成的金属板材)构成。冷却鳍片13和17可以是矩形的。为了更好地散热，也可将多个狭槽设置到冷却鳍片13和17中。
在图2A的电容器组件的上部区域中可看到，为了减小电容器的电感，对于每个端子设置三个向上立起的接触板，从而在端子的大表面积上实现电流的低电感分布。但也可根据电容器的应用增加或减少接触板的数量。
Claims (14)
1.电容器组件(10)，包括电容器(24)、第一端子(11)、冷却装置(30)和包含所述电容器(24)的壳体(27)，其特征在于，
第一端子(11)具有第一吸热部件(12)、第一排热部件(13)和伸出壳体(27)以用于外部连接的区段(14)，其中，第一端子(11)通过所述第一吸热部件(12)和第一排热部件(13)将热量从电容器(24)的第一侧面(25)排出到冷却装置(30)；且
其中，电容器(24)的所述第一侧面(25)是背离所述冷却装置(30)的侧面，
其中，所述第一端子(11)的伸出壳体(27)以用于外部连接的区段(14)设置在所述壳体(27)的第一边缘(28)上，所述第一端子(11)的第一排热部件(13)设置在所述壳体(27)的第二边缘(29)上并在第二边缘(29)处伸出壳体(27)，第一边缘(28)和第二边缘(29)是不同的边缘，并且
其中，所述第一端子(11)的第一吸热部件(12)与电容器(24)的所述第一侧面(25)形成热接触，并且所述第一端子(11)的第一排热部件(13)与所述冷却装置(30)形成热接触。
2.根据权利要求1所述的电容器组件(10)，其特征在于，所述第一吸热部件(12)与电容器(24)电连接，并且，所述第一排热部件(13)具有第一冷却鳍片。
3.根据权利要求1或2所述的电容器组件(10)，其特征在于，所述电容器组件(10)具有第二端子(15)，该第二端子包括第二吸热部件(16)和第二排热部件(17)，其中，第二端子(15)通过所述第二吸热部件(16)和第二排热部件(17)将热量从电容器(24)的第二侧面(26)排出到冷却装置(30)。
4.根据权利要求3所述的电容器组件(10)，其特征在于，电容器(24)的所述第二侧面(26)是朝向所述冷却装置(30)的侧面。
5.根据权利要求3所述的电容器组件(10)，其特征在于，所述第二吸热部件(16)与电容器(24)的所述第二侧面(26)形成热接触，并且，所述第二排热部件(17)与所述冷却装置(30)形成热接触。
6.根据权利要求3所述的电容器组件(10)，其特征在于，所述第二吸热部件(16)与所述电容器(24)电连接，并且，所述第二排热部件(17)具有第二冷却鳍片。
7.根据权利要求1或2所述的电容器组件(10)，其特征在于，所述第一端子(11)与所述冷却装置(30)形成热接触。
8.根据权利要求1或2所述的电容器组件(10)，其特征在于，所述冷却装置(30)设置在所述壳体(27)上。
9.根据权利要求1或2所述的电容器组件(10)，其特征在于，所述第一吸热部件(12)具有U形区段。
10.根据权利要求1或2所述的电容器组件(10)，其特征在于，所述第一吸热部件(12)与第一排热部件(13)连接。
11.根据权利要求3所述的电容器组件(10)，其特征在于，所述第一排热部件(13)和所述第二排热部件(17)设置在一个共同的平面中并且彼此电绝缘。
12.根据权利要求1或2所述的电容器组件(10)，其特征在于，所述电容器(24)通过注型料被注型到所述壳体中。
13.系统，包括IGBT模块和根据权利要求1至12中任一项所述的电容器组件(10)，其中，所述冷却装置(30)也用于冷却所述IGBT模块。
14.电动交通工具或混合动力交通工具，包括根据权利要求13所述的系统。
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