CN109801786B - 一种母线电容、电容盒、控制器组件及电动汽车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种母线电容、电容盒、控制器组件及电动汽车，该母线电容包括电容本体，所述电容本体设置有用于连接外部设备的电源端子和用于导热的散热面，所述电源端子与所述散热面之间的距离，小于现有母线电容中电源端子与散热面之间的距离，因此，在不改变母线电容的内部结构及不增加额外的散热体的情况下，通过优化母线电容中发热源的散热路径，减小该散热路径的距离，即可有效提高母线电容的散热能力及散热效率。

Description

一种母线电容、电容盒、控制器组件及电动汽车

技术领域

本发明涉及电动汽车领域，尤其是一种母线电容、电容盒、控制器组件及电动汽车。

背景技术

随着电动汽车的普及和快速发展，母线电容是电动汽车的一个非常关键的器件。对于母线电容，散热能力是其重要的关键指标之一，为了提高母线电容的散热能力，目前母线电容的设计方案主要有两种：多芯子并联和外加散热铜基板。但是，对于上述第一种设计方案，会存在导致电容芯子容值、耐压值、ESR等效阻值不一致的问题，并且还会存在多芯子之间均流失衡严重、均热失衡严重的问题；而对于上述第二种设计方案，则存在母线电容重量增加、组装复杂度增加等问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种母线电容、电容盒、控制器组件及电动汽车，能够在不改变母线电容的内部结构及不增加额外的散热体的情况下，通过优化母线电容中发热源的散热路径，从而有效提高母线电容的散热能力。

本发明解决其问题所采用的技术方案是：

第一方面，本发明提供了一种母线电容，包括电容本体，所述电容本体设置有电源端子和用于导热的散热面，所述电源端子包括电连接部，所述电连接部的表面与所述散热面之间的最小距离为A，其中，2mm≤A≤15mm。

进一步，所述电源端子为接线片，所述接线片靠近所述散热面的一面与所述散热面之间的距离为2mm－15mm。

进一步，所述电源端子包括用于连接交流电源的交流接线片，所述交流接线片靠近所述散热面的一面与所述散热面之间的距离为2mm－15mm。

进一步，所述电源端子包括用于连接直流电源的直流接线片，所述直流接线片靠近所述散热面的一面与所述散热面之间的距离为2mm－8mm。

进一步，所述交流接线片的厚度H1的范围为：0.5mm<H1≤2mm。

进一步，所述直流接线片的厚度H2的范围为：0.5mm<H2≤2mm。

第二方面，本发明还提出了一种电容盒，包括用于安装如上所述的母线电容的盒体，所述盒体设置有用于伸出所述电源端子的槽位。

第三方面，本发明还提出了一种控制器组件，包括用于安装如上所述的母线电容的控制器机壳。

第四方面，本发明还提出了一种电动汽车，包括有如上所述的母线电容。

本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下有益效果：常见的母线电容，一般都是定制化的，因此，在常见的母线电容中，用于与外部设备进行电源连接的电源端子和用于进行热量传导的散热面之间往往具有规范性的距离，而这个距离一般在20mm－30mm之间。而在一个母线电容中，电源端子作为在不同器件间进行电源传输的承载主体，电源端子是母线电容的主要发热源，因此，在电源端子和散热面之间所形成的散热路径的距离大小，将会直接影响该母线电容的散热能力及散热效率。而在本发明实施例所提供的一个或多个技术方案中，电源端子包括电连接部，该电连接部的表面与散热面之间的最小距离为A，其中，2mm≤A≤15mm，相比于常见的母线电容，本发明实施例所提供的母线电容具有距离更小的散热路径，所以，本发明实施例所提供的母线电容能够更加迅速地进行热量的传导及散发，从而具有更优的散热能力及散热效率。因此，本发明实施例所提供的母线电容，能够在不改变母线电容的内部结构及不增加额外的散热体的情况下，通过优化母线电容中发热源的散热路径，从而有效提高母线电容的散热能力及散热效率。

附图说明

下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。

图1是现有技术中母线电容的示意图；

图2是本发明一个实施例所提供的母线电容的示意图；

图3是本发明另一实施例所提供的母线电容的示意图；

图4是本发明另一实施例所提供的母线电容的示意图；

图5是本发明另一实施例所提供的母线电容的示意图；

图6是本发明另一实施例所提供的母线电容的示意图；

图7是本发明另一实施例所提供的母线电容的示意图；

图8是本发明另一实施例所提供的电容盒的示意图；

图9是本发明另一实施例所提供的控制器组件的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例中的各个特征可以相互结合，均在本发明的保护范围之内。

根据发明人所了解到的情况，散热能力是母线电容的重要关键指标之一，然而，目前应用于电动汽车的母线电容，一般都是以定制化、外壳一体化的塑料材质作为主流应用方案，但由于母线电容的整体密封安装方式、材料和工艺技术发展的限制，目前母线电容的工作温度必须控制在不超过105℃的范围内，否则母线电容的可靠性和寿命都无法达到电动汽车的要求，从而影响产品质量。

为了保证母线电容的工作温度处于适当的范围内，目前常用的母线电容的设计方案主要有两种：多芯子并联和外加散热铜基板。但上述两种现有方案都会增加母线电容的本体设计复杂度，从而导致增加母线电容的成本。另外，对于多芯子并联的设计方案，会存在导致电容芯子容值、耐压值、ESR等效阻值不一致的问题，并且还会存在多芯子之间均流失衡严重、均热失衡严重的问题，此外，还会增加多芯子并联时的加工工艺。而对于外加散热铜基板的设计方案，则会存在母线电容重量增加、组装复杂度增加等问题。

此外，经过发明人的研究分析发现，参照图1，常见的母线电容，一般都是定制化的，因此，在常见的母线电容中，用于与外部设备进行电源连接的电源端子和用于进行热量传导的散热面之间，往往具有规范性的距离，而这个距离一般在20mm－30mm之间。由于在一个母线电容中，电源端子作为在不同器件间进行电源传输的承载主体，电源端子是母线电容的主要发热源，因此，在电源端子和散热面之间所形成的散热路径的距离大小，将会直接影响该母线电容的散热能力及散热效率。

基于此，本发明提供了一种母线电容、电容盒、控制器组件及电动汽车，在不改变母线电容的内部结构及不增加额外的散热体的情况下，通过优化母线电容中发热源的散热路径，减小该散热路径的距离，从而有效提高母线电容的散热能力及散热效率。

下面结合附图，对本发明实施例作进一步阐述。

本发明的一个实施例提供了一种母线电容，包括电容本体100，所述电容本体100设置有电源端子和用于导热的散热面200，所述电源端子包括电连接部120，所述电连接部120的表面与所述散热面200之间的最小距离为A，其中，2mm≤A≤15mm。

在本实施例中，由于常见的母线电容的散热路径的距离在20mm－30mm之间，而本实施例的电连接部120的表面与散热面200之间的最小距离为A，其中，2mm≤A≤15mm，因此，在同等情况下，相比于常见的母线电容，本实施例的母线电容具有距离更小的散热路径，所以，本实施例的母线电容能够更加迅速地进行热量的传导及散发，从而具有更优的散热能力及散热效率，即，本实施例的母线电容，能够在不改变母线电容的内部结构及不增加额外的散热体的情况下，通过优化母线电容中发热源的散热路径，从而有效提高母线电容的散热能力及散热效率。

在本实施例中，电容本体100优先安装于电动汽车中的控制器机壳上，在这种情况下，散热面200即为电容本体100与控制器机壳之间的连接面，优先采用电容本体100的底面作为散热面200，而电源端子则设置在电容本体100的侧面。在本实施例中，电源端子可以有多种不同的实施方式。例如，如图2所示，电源端子的电连接部120为片状结构，则该片状结构中最接近于散热面200的表面与散热面200之间的距离为A，其中，2mm≤A≤15mm。又如，如图3所示，电源端子的电连接部120呈V形结构，该电连接部120具有呈V形的折面，则该呈V形的折面中最接近于散热面200的位置与散热面200之间的距离为A，其中，2mm≤A≤15mm。再如，如图4所示，电源端子的电连接部120为圆柱形，该电连接部120的圆柱面中最接近于散热面200的位置与散热面200之间的距离为A，其中，2mm≤A≤15mm。

在本实施例中，电容本体100安装于电动汽车中时，不仅会与控制器机壳安装连接，还会受到电动汽车中其他部件或器件的安装限制，为了避免其他部件或器件对电容本体100的安装限制，本实施例中电连接部120的表面与散热面200之间的最小距离可以为15mm，即散热路径的长度为15mm，相对于现有的母线电容的散热路径，具有更优的散热效果，并且，该散热路径的长度，避免了其他部件或器件对电源端子造成安装阻碍，从而能够简化安装工艺的复杂度。另外，散热路径的长度越小，即A的取值越小，母线电容的散热能力及散热效率则越显著，但是，由于母线电容具有安规要求，因此，为了保证本实施例的母线电容能够满足散热效果的要求、产品稳定性的要求及安规要求，本实施例中A的取值最小为2mm。

另外，经过发明人的测试实验，按照常规设计的规范，电源端子的电流载流量取3－4A/mm＾2，在散热方式和环境均不变的情况下，电源端子与散热面200之间的距离每下降2mm，芯子和电源端子的温度可降低1－1.5℃。

综上所述，本实施例的母线电容通过优化散热路径的距离，不仅可以提高母线电容的热风险、可靠性和寿命，还可以使工艺设计简单化、降低芯子失效率、提高母线电容的成品率；另外，由于本实施例的母线电容无需进行外部散热处理，因此可以降低额外散热处理的制造工序或生产工序，从而简化生产流程；此外，在应用环境要求较低的场合，在同等情况下，本实施例的母线电容可以去掉其底部的水道设计，从而提升产品的竞争力。

进一步地，基于上述实施例，本发明的另一实施例还提供了一种母线电容，所述电源端子为接线片，所述接线片靠近所述散热面200的一面与所述散热面200之间的距离为2mm－15mm。

在本实施例中，电源端子优先采用接线片，并且接线片靠近散热面200的一面与散热面200之间的距离为2mm－15mm。本实施例中关于接线片与散热面200之间的距离的效果分析，与上述实施例中的效果分析相同，因此此处不再详述。

进一步地，基于上述实施例，本发明的另一实施例还提供了一种母线电容，所述电源端子包括用于连接交流电源的交流接线片310，所述交流接线片310靠近所述散热面200的一面与所述散热面200之间的距离为2mm－15mm。如图6所示，图6中的D1即为交流接线片310靠近散热面200的一面与散热面200之间的距离，其取值为2mm－15mm。

在本实施例中，由于交流接线片310传输交流电源，而交流电源会在交流接线片310的表面形成集肤效应，集肤效应的集肤深度δ和交流接线片310的电阻值R_ac分别可根据以下公式得到：

其中，ρ为电阻率，f为电流频率，μ为磁导率，w为交流接线片310的宽度，l为交流接线片310的长度。由于存在集肤效应，电流会集中在交流接线片310的表面，从而导致交流接线片310传输电流的有效横截面积减小，所以，同等导体情况下的电阻值就会增加。此外，集肤效应还会导致导体的电阻值随着电流频率的变化而发生变化。显然，随着电流频率的增大，导体的集肤效应的厚度会变薄，从而导致电阻值变大，所以，当电流流过交流接线片310时，交流接线片310就会产生热量，并且随着电阻值的变大，产生的热量越大。在交流接线片310的体积一定的情况下，并且芯子处于最优的设计状态下，当交流接线片310与散热面200之间的距离越小，那么在同样损耗的情况下，热量能够更容易散发出去，进而能够增加母线电容的散热效果。因此，在本实施例中，交流接线片310靠近所述散热面200的一面与散热面200之间的距离为2mm－15mm，因此在同等情况下，相比于常见的母线电容，本实施例的交流接线片310能够更加迅速地进行热量的传导及散发，从而具有更优的散热能力及散热效率，即，本实施例的母线电容，能够在不改变母线电容的内部结构及不增加额外的散热体的情况下，具有良好的散热能力及散热效率。

另外，本实施例中，交流接线片310靠近所述散热面200的一面与散热面200之间的距离选取为2mm－15mm，其效果分析与上述实施例中的效果分析相同，因此此处不再详述。

进一步地，基于上述实施例，本发明的另一实施例还提供了一种母线电容，所述电源端子包括用于连接直流电源的直流接线片320，所述直流接线片320靠近所述散热面200的一面与所述散热面200之间的距离为2mm－8mm。如图7所示，图7中的D2即为直流接线片320靠近散热面200的一面与散热面200之间的距离，其取值为2mm－8mm。

在本实施例中，由于直流接线片320具有阻抗，因此当直流电源流过直流接线片320时，直流接线片320会因为消耗电流而产生热量。由于直流接线片320靠近所述散热面200的一面与散热面200之间的距离为2mm－8mm，因此在同等情况下，相比于常见的母线电容，本实施例的直流接线片320能够更加迅速地进行热量的传导及散发，从而具有更优的散热能力及散热效率，即，本实施例的母线电容，能够在不改变母线电容的内部结构及不增加额外的散热体的情况下，具有良好的散热能力及散热效率。

另外，本实施例中，直流接线片320靠近所述散热面200的一面与散热面200之间的距离选取为2mm－8mm，其效果分析与上述实施例中的效果分析相类似，因此此处不再详述。

进一步地，基于上述实施例，本发明的另一实施例还提供了一种母线电容，所述交流接线片310的厚度H1的范围为：0.5mm<H1≤2mm。

根据发明人所了解到的情况，现有的母线电容中，交流接线片的厚度可以选取为0.5mm。根据交流接线片的电阻值公式其中，ρ为电阻率，f为电流频率，μ为磁导率，δ为集肤深度，w为交流接线片的宽度，l为交流接线片的长度，由于电阻率ρ与交流接线片的横截面积成反比，那么，在交流接线片的宽度不变的情况下，交流接线片的厚度越大，电阻率ρ则越小，因此，交流接线片的电阻值R_ac会越小。所以，在本实施例中，交流接线片310的厚度H1的范围为0.5mm<H1≤2mm，因此在同等情况下，相比于常见的母线电容，本实施例的交流接线片310具有更小的阻抗，因此其发热量会更小，无需增加额外的散热体进行散热处理，从而可以降低母线电容的制造复杂度或生产复杂度，从而可以简化生产流程。此外，本实施例中，交流接线片310的厚度H1的最大值选取为2mm，是基于生产制造的困难度而作出的选择，根据发明人的测试验证，当交流接线片310的厚度H1大于2mm时，会增加交流接线片310与其他外部器件或元件之间的安装难度，从而会影响母线电容的质量，基于此，本实施例中交流接线片310的厚度H1的范围选取为0.5mm<H1≤2mm。

进一步地，基于上述实施例，本发明的另一实施例还提供了一种母线电容，所述直流接线片320的厚度H2的范围为：0.5mm<H2≤2mm。

根据发明人所了解到的情况，现有的母线电容中，直流接线片的厚度可以选取为0.5mm。根据直流接线片的电阻值公式其中，ρ为电阻率，w为直流接线片的宽度，t为直流接线片的厚度，l为直流接线片的长度，在直流接线片的宽度不发生改变的情况下，直流接线片的厚度越大，电阻率ρ则越小，因此，直流接线片的电阻值R_dc会越小。所以，在本实施例中，直流接线片320的厚度H2的范围为0.5mm<H2≤2mm，因此在同等情况下，相比于常见的母线电容，本实施例的直流接线片320具有更小的阻抗，因此其发热量会更小，无需增加额外的散热体进行散热处理，从而可以降低母线电容的制造复杂度或生产复杂度，从而可以简化生产流程。此外，本实施例中，直流接线片320的厚度H2的最大值选取为2mm，是基于生产制造的困难度而作出的选择，根据发明人的测试验证，当直流接线片320的厚度H2大于2mm时，会增加直流接线片320与其他外部器件或元件之间的安装难度，从而会影响母线电容的质量，基于此，本实施例中直流接线片320的厚度H2的范围选取为0.5mm<H2≤2mm。

另外，参照图5，本发明的另一实施例还提供了一种母线电容，该母线电容包括电容本体100，所述电容本体100设置有用于连接交流电源的交流接线片310、用于连接直流电源的直流接线片320和用于导热的散热面200，所述交流接线片310靠近所述散热面200的一面与所述散热面200之间的距离为2mm－15mm，所述直流接线片320靠近所述散热面200的一面与所述散热面200之间的距离为2mm－8mm，所述交流接线片310的厚度H1的范围选取为0.5mm<H1≤2mm，所述直流接线片320的厚度H2的范围选取为0.5mm<H2≤2mm。

在本实施例中，交流接线片310靠近散热面200的一面与散热面200之间的距离为2mm－15mm，直流接线片320靠近散热面200的一面与散热面200之间的距离为2mm－8mm，并且交流接线片310的厚度H1的范围选取为0.5mm<H1≤2mm，直流接线片320的厚度H2的范围选取为0.5mm<H2≤2mm，因此，在同等情况下，相比于常见的母线电容，本实施例的母线电容能够更加迅速地进行热量的传导及散发，从而具有更优的散热能力及散热效率。另外，在本实施例中，在保持交流接线片310和直流接线片320分别与散热面200之间的距离不变的情况下，交流接线片310或直流接线片320的电流载流量每降低1A/mm＾2，则芯子和交流接线片310的温度，或者芯子和直流接线片320的温度，都可降低2－4℃。

参照图8，本发明的另一实施例还提供了一种电容盒，该电容盒包括用于安装上述的母线电容的盒体400，所述盒体400设置有用于伸出所述电源端子的槽位410。

在本实施例中，上述实施例中的母线电容的电源端子，能够通过盒体400中的槽位410向外伸出，在这种情况下，伸出到盒体400外的电源端子，其电连接部120的表面与散热面200之间的最小距离为A，其中，2mm≤A≤15mm。所以，在同等情况下，相比于常见的母线电容，安装在本实施例的电容盒中的母线电容，能够更加迅速地进行热量的传导及散发，从而具有更优的散热能力及散热效率。

参照图9，本发明的另一实施例还提供了一种控制器组件，该控制器组件包括用于安装上述的母线电容的控制器机壳500。

在本实施例中，优选母线电容的两侧设置有连接通孔110，因此母线电容可以利用螺丝或螺栓等方式通过连接通孔110安装于控制器机壳500上，使得母线电容的底部贴合安装于控制器机壳500上，在这种情况下，母线电容的散热面200即为母线电容与控制器机壳500之间的连接面，也就是说，母线电容的散热面200为其底面，所以，母线电容中的电源端子与控制器机壳500之间的距离为2mm－15mm。由于在常见的母线电容中，其电源端子与控制器机壳500之间的距离为20mm－30mm，因此，在同等情况下，相比于常见的母线电容，本实施例的控制器组件中的母线电容，能够更加迅速地进行热量的传导及散发，从而具有更优的散热能力及散热效率。

此外，本发明的另一实施例还提供了一种电动汽车，该电动汽车包括有如上所述的母线电容。在本实施例中，该电动汽车能够具有如上所述任一实施例中的母线电容所带来的功能或有益效果，即，在不改变电动汽车内部的母线电容的内部结构及不增加额外的散热体的情况下，通过优化母线电容中发热源的散热路径，减小该散热路径的距离，即可有效提高母线电容的散热能力及散热效率。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (9)

1.一种母线电容，其特征在于：包括电容本体(100)，所述电容本体(100)设置有电源端子和用于导热的散热面(200)，所述电源端子包括电连接部(120)，所述电连接部(120)的表面与所述散热面(200)之间的最小距离为A，其中，2mm≤A≤15mm；所述电容本体(100)安装于电动汽车中的控制器机壳上，所述散热面(200)为所述电容本体(100)与控制器机壳之间的连接面，所述电源端子设置在所述电容本体(100)的侧面。

2.根据权利要求1所述的一种母线电容，其特征在于：所述电源端子为接线片，所述接线片靠近所述散热面(200)的一面与所述散热面(200)之间的距离为2mm-15mm。

3.根据权利要求2所述的一种母线电容，其特征在于：所述电源端子包括用于连接交流电源的交流接线片(310)，所述交流接线片(310)靠近所述散热面(200)的一面与所述散热面(200)之间的距离为2mm-15mm。

4.根据权利要求2或3所述的一种母线电容，其特征在于：所述电源端子包括用于连接直流电源的直流接线片(320)，所述直流接线片(320)靠近所述散热面(200)的一面与所述散热面(200)之间的距离为2mm-8mm。

5.根据权利要求3所述的一种母线电容，其特征在于：所述交流接线片(310)的厚度H1的范围为：0.5mm<H1≤2mm。

6.根据权利要求4所述的一种母线电容，其特征在于：所述直流接线片(320)的厚度H2的范围为：0.5mm<H2≤2mm。

7.一种电容盒，其特征在于：包括用于安装如权利要求1-6任一所述的母线电容的盒体(400)，所述盒体(400)设置有用于伸出所述电源端子的槽位(410)。

8.一种控制器组件，其特征在于：包括用于安装如权利要求1-6任一所述的母线电容的控制器机壳(500)。

9.一种电动汽车，其特征在于：包括有如权利要求1-6任一所述的母线电容。