CN117203723A - 具有散热功能的dc链路电容器 - Google Patents
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Abstract
一种具有散热功能的DC链路电容器(1),该DC链路电容器包括下部汇流条(2)、上部汇流条(4)、冷却结构(5)以及多个在结构上相同的电容器元件(3),这些电容器元件布置在下部汇流条(2)与上部汇流条(4)之间以用于进行电接触。电容器元件(3)分别在纵向方向(30)上以一定距离(31)且在横向方向(32)上以一定距离(33)布置,并且与冷却结构(5)导热接触。至少一个导热元件(6)限定了冷却结构(5)并且一体地连接至下部汇流条(2)或上部汇流条(4)。下部汇流条(2)的外表面(11)或上部汇流条(4)的外表面连接至主动冷却装置或被动冷却装置(10)。
Description
技术领域
本发明涉及具有散热功能的DC链路电容器。特别地,本发明涉及具有散热功能的DC链路电容器,该DC链路电容器包括下部汇流条、上部汇流条、冷却结构以及多个在结构上相同的电容器元件,这些电容器元件布置在下部汇流条与上部汇流条之间以用于进行电接触,其中,电容器元件分别在纵向方向上以一定距离且在横向方向上以一定距离布置,并且与冷却结构导热接触。
背景技术
DC链路电容器需要大量的安装空间,并且在驱动逆变器(牵引逆变器)中的所有部件中具有最低的最高温度。
从现有技术中已知根据操作电压而具有不同膜厚度的卷绕薄膜电容器(例如,由聚丙烯薄膜制成)。在驱动逆变器中,薄膜电容器以定制方式适于所连接的半导体模块和相应的安装空间。薄膜绕组经由汇流条与半导体模块接触,并且经由螺钉连接或焊接连接与DC输入端接触。薄膜绕组和汇流条被封装在塑料壳体中,以用于防止湿气和振动。
DE 10 2019 213 153 A1公开了一种用于功率转换器的DC链路电容器。该DC链路电容器具有至少两个金属汇流条和至少一个潜热储存器。潜热存储器布置在汇流条上使得潜热存储器和汇流条处于热操作性连接。
DE 10 2019 204 200 A1公开了一种电容器,特别是一种用于多相系统的DC链路电容器,该电容器具有多个在结构上相同的电容器元件。电容器元件彼此平行地连接并且一起形成DC链路电容器。在电容器元件之间形成有至少一个中间空间,该中间空间至少部分地被用于耗散来自DC链路电容器的热的至少一个导热元件填充。
由于牵引逆变器中的操作和高的电流,DC链路电容器中会产生废热。所产生的废热必须被耗散,以确保DC链路电容器在其相应的规格范围内安全操作。散热越好,DC链路电容器就可以被构建得越小、越轻且越便宜。
发明内容
因此,本发明的目的是提供一种具有散热功能的DC链路电容器,其中,DC链路电容器的尺寸被最小化并且散热被优化。
本发明源于独立权利要求1的特征。有利的其他改进方案和实施方式是从属权利要求的主题。本发明的其他特征、可能的应用和优点将从以下描述中变得明显。
具有散热功能的DC链路电容器的一个实施方式包括下部汇流条、上部汇流条、冷却结构以及多个在结构上相同的电容器元件。多个在结构上相同的电容器元件布置在下部汇流条与上部汇流条之间以用于进行电接触。在这方面,电容器元件分别布置成在纵向方向上彼此相距一定距离并且在横向方向上彼此相距一定距离,并且与冷却结构导热接触。
在DC链路电容器的一个实施方式中,设置有至少一个导热元件,所述至少一个导热元件限定了冷却结构并且以材料结合的方式连接至下部汇流条或上部汇流条。优选地,下部汇流条的外表面或上部汇流条的外表面连接至主动冷却装置或被动冷却装置。由于在DC链路电容器内的下部汇流条或上部汇流条上结合了冷却结构和至少一个导热元件的这种设计,因此冷却表面(通常位于下侧部上,但本发明并不限制于此)的热传导得到改善。另外,通过将至少一个导热元件以材料结合的方式连接至下部汇流条或上部汇流条,DC链路电容器的尺寸被最小化,即进一步减小了导热元件与对应的汇流条之间的距离。
在DC链路电容器的一个实施方式中,冷却结构的至少一个导热元件以材料结合的方式进行的连接包括焊接。
冷却结构可以包括多个导热元件,并且为此可以设想若干个实施方式,如下文将描述的。
多个导热元件可以平行于纵向方向且平行于横向方向布置,并且多个导热元件在各自情况下均抵靠相应的电容器元件的与电容器元件的纵向方向平行且与电容器元件的横向方向平行的外表面支承。
在另一实施方式中,多个导热元件平行于纵向方向布置,并且多个导热元件在各自情况下均抵靠相应的电容器元件的与电容器元件的纵向方向平行的外表面支承。
在另一实施方式中,多个导热元件平行于横向方向布置,并且多个导热元件在各自情况下均抵靠相应的电容器元件的与电容器元件的横向方向平行的外表面支承。
在又一实施方式中,多个导热元件平行于横向方向布置,并且多个导热元件在各自情况下均在电容器元件的平行于横向方向的外表面上抵靠相应的多个相邻电容器元件支承。
在又一实施方式中,多个导热元件平行于纵向方向布置,并且多个导热元件在各自情况下均在电容器元件的平行于纵向方向的外表面上抵靠相应的多个相邻电容器元件支承。
多个导热元件可以被设计为柱形件,柱形件布置成使得多个柱形件在各自情况下均抵靠电容器元件中的每个电容器元件的每个过渡表面支承,该过渡表面形成了从每个电容器元件的平行于纵向方向的外表面至每个电容器元件的平行于横向方向的外表面的过渡部。
在一个实施方式中,冷却结构被设计为一体式的并且包括多个蜂窝件。包括多个蜂窝件的一体式的冷却结构以材料结合的方式连接至下部汇流条或上部汇流条。
在另一实施方式中,冷却结构包括多个蜂窝件。蜂窝件中的每个蜂窝件在电容器元件的在纵向方向上的外表面上、在电容器元件的在横向方向上的外表面上以及在电容器元件的过渡表面上至少部分地封围电容器元件。在每个蜂窝件中定位有电容器元件,并且蜂窝件与电容器元件一起以材料结合的方式在相应的预先限定位置处连接至下部汇流条或上部汇流条。
附图说明
现在将参照附图,借助于示例性实施方式更详细地说明本发明及其优点,而不因此将本发明限制于所示出的示例性实施方式。
图1示出了根据本发明的DC链路电容器的立体图,该DC链路电容器尚未用灌封化合物封装。
图2示出了图1中的DC链路电容器的实施方式的另一立体图。
图3示出了冷却结构的导热元件的布置结构的实施方式的立体图。
图4示出了电容器元件关于图3中的冷却结构的实施方式的空间分配的立体图。
图5至图7示出了冷却结构的导热元件以及电容器元件的布置结构的另一实施方式。
图8至图10示出了冷却结构的导热元件以及电容器元件的布置结构的另一实施方式。
图11至图13示出了冷却结构的导热元件以及电容器元件的布置结构的又一实施方式。
图14至图16示出了冷却结构的导热元件以及电容器元件的布置结构的又一实施方式。
图17至图19示出了作为冷却结构的导热元件的柱形件的实施方式,以及柱形件关于各个电容器元件的空间分配。
图20至图22示出了冷却结构的一体式实施方式,以及电容器元件关于冷却结构的分配。
图23至图26示出了冷却结构的各个导热元件的另一可能的实施方式以及电容器元件关于冷却结构的分配。
具体实施方式
附图本质上仅是示意性的并且参照示例性实施方式来说明本发明。附图中的比例并不总是与真实的比例对应,这是因为为了更好的说明,一些形状被简化,而其他形状相对于其他元件被放大示出。因此,附图不应当被解释为将本发明限制于所示出的示例性实施方式。
图1示出了根据本发明的具有散热功能的DC链路电容器1的实施方式的立体图。图2从不同角度示出了来自图1的DC链路电容器的实施方式的立体图。在两个图示中,DC链路电容器1尚未用灌封化合物进行灌封。DC链路电容器1包括下部汇流条2、上部汇流条4、冷却结构5以及多个在结构上相同的电容器元件3。多个在结构上相同的电容器元件3布置在下部汇流条2与上部汇流条4之间以用于与汇流条2、4进行电接触。例如,下部汇流条2与至少一个第一连接元件20形成正端子。例如,上部汇流条4与至少一个第二连接元件22形成负端子。类似地,下部汇流条2可以是负端子,并且上部汇流条4可以是正端子。
电容器元件3分别在纵向方向30上以一定距离31(例如,参见图3)且在横向方向32上以一定距离33(例如,参见图3)布置,并且与冷却结构5导热接触。
至少一个导热元件6限定了冷却结构5并且以材料结合的方式连接至下部汇流条2或上部汇流条4。冷却结构5的至少一个导热元件6以材料结合的方式进行的连接例如包括焊接、特别是激光焊接,但本发明不限于此。
下部汇流条2的外表面11或上部汇流条4的外表面连接至主动冷却装置或被动冷却装置10。在此处所示出的实施方式中,下部汇流条2的下侧部具有外表面11,该外表面连接至主动冷却装置或被动冷却装置10。
通常,冷却结构5可以包括多个导热元件6,也如图1和图2所示出的,但本发明不限于此。对于冷却结构5的多个导热元件6的布置结构,可以设想若干个实施方式,如下文关于图3至图26所描述的。
图3示出了冷却结构5的导热元件6的布置结构的可能实施方式的立体图。图4示出了电容器元件3关于图3中的冷却结构5的实施方式的空间分配的立体图。电容器元件3分别布置成在纵向方向30上彼此相距一定距离31并且在横向方向32上彼此相距一定距离33,并且与冷却结构5导热接触。
多个导热元件6在此处被设计为冷却翅片或冷却板或冷却片材。抵靠相应的电容器元件3的在纵向方向30上的外表面7(参见图4)支承的导热元件6具有例如比在此处所示出的抵靠相应的电容器元件3的在横向方向32上的外表面8支承的导热元件6更大的面积。本文中所描述的本发明的该实施方式不意在被解释为限制本发明。多个导热元件6平行于纵向方向30且平行于横向方向32布置。特别地,在该实施方式中,导热元件6中的一些导热元件平行于纵向方向30布置,而其他导热元件平行于横向方向32布置。多个导热元件6在各自情况下均抵靠相应的电容器元件3的外表面7或8支承。特别地,导热元件6抵靠相应的电容器元件3的与电容器元件3的纵向方向30平行的相应外表面7支承,并且其他导热元件6抵靠相应的电容器元件3的与电容器元件3的横向方向32平行的相应外表面8支承。
图5至图7示出了冷却结构5的导热元件6以及电容器元件3的布置结构的另一实施方式。图5示出了冷却结构5的导热元件6的布置结构的该实施方式的立体图。图6示出了电容器元件3关于图5中的冷却结构5的实施方式的空间分配的立体图。图7示出了图6中的冷却结构5和电容器元件3的俯视图。冷却结构5的多个导热元件6全部平行于纵向方向30布置,并且多个导热元件在各自情况下均抵靠相应的电容器元件3的与电容器元件3的纵向方向30平行的外表面7支承。
图8至图10示出了冷却结构5的导热元件6以及电容器元件3的布置结构的另一实施方式。图8示出了冷却结构5的导热元件6的布置结构的该实施方式的立体图。图9示出了电容器元件3关于图8中的冷却结构5的实施方式的空间分配的立体图。图10示出了同样尚未灌封的DC链路电容器1的立体图,该DC链路电容器具有图9中的冷却结构5以及位于图9中的下部汇流条2上的冷却结构5的导热元件6以及电容器元件3的布置结构上方的上部汇流条4。冷却结构5的多个导热元件6全部平行于横向方向32布置,并且多个导热元件在各自情况下均抵靠相应的电容器元件3的与电容器元件3的横向方向32平行的外表面8支承。
图11至图13示出了冷却结构5的导热元件6以及电容器元件3的布置结构的又一实施方式。图11示出了冷却结构5的导热元件6的布置结构的该实施方式的立体图。图12示出了电容器元件3关于图11中的冷却结构5的实施方式的空间分配的立体图。图13示出了图12中的冷却结构5和电容器元件3的俯视图。冷却结构5的多个导热元件6平行于横向方向32布置,并且多个导热元件在各自情况下均在电容器元件3的平行于横向方向32的外表面8上支承抵靠相应的多个相邻电容器元件3。在所示出的情况下,一个导热元件6各自抵靠两个电容器元件3的外表面8支承。如从此处所示出的实施方式中可以看出的,单个导热元件6可以抵靠DC链路电容器1的四个相邻电容器元件3的外表面8支承。此处所示出的并且在描述中所提及的该实施方式的电容器元件3的数目并不意在被解释为限制本发明。
图14至图16附加地示出了冷却结构5的导热元件6以及电容器元件3的布置结构的又一实施方式。图14示出了冷却结构5的导热元件6的布置结构的该实施方式的立体图。图15示出了电容器元件3关于图14中的冷却结构5的实施方式的空间分配的立体图。图16示出了图15中的冷却结构5和电容器元件3的俯视图。多个导热元件6平行于纵向方向30布置,并且多个导热元件在各自情况下均在电容器元件3的平行于纵向方向30的外表面7上支承抵靠多个相邻的电容器元件3。在所示出的情况下,一个导热元件6分别抵靠DC链路电容器1的六个(内部)或三个(外部)相应的相邻电容器元件3的平行于纵向方向30的外表面7支承。此处所示出的并且在描述中所提及的该实施方式的电容器元件3的数目并不意在被解释为限制本发明。
在根据图1至图16的图示中,导热元件6作为简单的铜片材例如借助于激光焊接技术连接至相应的汇流条2或4,但本发明不限于此。
图17至图19示出了冷却结构5的各自被设计为呈柱形件12形式的导热元件6以及这些导热元件关于各个电容器元件3的空间分配的实施方式。图17示出了冷却结构5的呈柱形件12形式的导热元件6的布置结构的该实施方式的立体图。图18示出了电容器元件3关于图17中的冷却结构5的实施方式的空间分配的立体图。图19示出了图18中的冷却结构5和电容器元件3的俯视图。冷却结构5的多个导热元件6被设计为柱形件12。柱形件12布置成使得这些柱形件在各自情况下均抵靠电容器元件3中的每个电容器元件的每个过渡表面9支承,其中,过渡表面9分别形成了从每个电容器元件3的平行于纵向方向30的外表面7至每个电容器元件3的平行于横向方向32的外表面8的过渡部。在电容器元件3的所图示的实施方式中,过渡表面9例如是电容器元件3的圆角表面。在该实施方式中,单个柱形件12与每个DC链路电容器1的电容器元件3中的一个电容器元件的四个(内部)或两个(在边缘处)或一个(在拐角处)过渡表面9中的每一个过渡表面接触。因此,四个或两个或一个柱形件12分别总是在电容器元件的相应的过渡表面9处抵靠电容器元件3中的每个电容器元件支承。具有柱形件12的实施方式也可以设想成具有其他数目的电容器元件3和柱形件12,并且先前的描述不应当被解释为限制本发明。
在根据图17至图19的实施方式中,柱形件12例如由铜片材或实心铜制成,并且例如借助于激光焊接技术连接至相应的汇流条2或4,但本发明不限于此。
图20至图22示出了冷却结构5的一体式实施方式以及电容器元件3关于冷却结构5的分配。图20示出了具有作为导热元件的蜂窝件14的一体式的冷却结构5的该实施方式的立体图。图21示出了电容器元件3关于图20中的冷却结构5的实施方式的空间分配的立体图。图22示出了图21中的冷却结构5和电容器元件3的俯视图。冷却结构5被设计为一体式的并且包括多个蜂窝件14,在该示例中包括六个蜂窝件14,但本发明不限于此。蜂窝件14中的每个蜂窝件在电容器元件的在纵向方向30上的外表面7上、在电容器元件的在横向方向32上的外表面8上以及在电容器元件的过渡表面9上至少部分地封围电容器元件3。一体式的冷却结构5以材料结合的方式连接至下部汇流条2或上部汇流条4,在本示例中连接至下部汇流条2。例如,电容器元件3布置成至少近似抵接(“压入”)在蜂窝件14中,例如,每个蜂窝件14中分别布置有一个电容器元件3,但本发明不限于此。
图23至图26示出了冷却结构5的各个导热元件6的另一可能的实施方式以及电容器元件3关于冷却结构5的分配。图23和图24示出了作为导热元件的单独的蜂窝件14的立体图。单个电容器元件3可以被分配给每个单独的蜂窝件14。在图23中,蜂窝件14和电容器元件3被拆卸,并且在图24中,电容器元件3插入到蜂窝件14中并抵靠蜂窝件14支承以提供散热。插入在蜂窝件14中的电容器元件3和蜂窝件14形成包括电容器元件3和蜂窝件14的单元15。图25示出了包括电容器元件3和蜂窝件14的单元15在例如下部汇流条2上的空间布置的立体图。单独布置的蜂窝件14形成了冷却结构5(参见图23和图24)。图26示出了图25中的冷却结构5和电容器元件3的俯视图。冷却结构5包括多个单独的蜂窝件14,在本示例中包括六个蜂窝件14,但本发明不限于此。在DC链路电容器1的组装状态下,在每个蜂窝件14中定位有电容器元件3,并且单个蜂窝件14与相应的电容器元件3一起以材料结合的方式在相应的预先限定位置处连接至下部汇流条2或上部汇流条4,在本示例中连接至下部汇流条2。
在根据图20至图26的实施方式中,蜂窝件14例如由铜片材制成,并且例如借助于激光焊接技术连接至相应的汇流条2或4,但本发明不限于此。
在所有实施方式中,已完成的DC链路电容器1通常用灌封化合物(未示出)灌封。例如,在本发明不限于此的情况下,灌封物可以包括聚氨酯(PU)或环氧树脂,并且像电容器元件3的塑料薄膜(薄膜绕组)一样,导热性差。一体式的冷却结构5增加了DC链路电容器1内部沿着电容器元件3的冷却表面,特别是沿着与导热元件6、12、14接触的外侧部7、8和/或过渡表面9的冷却表面,并且提高了整体导热性。热量经由冷却结构5传导至DC链路电容器1的下侧部,该DC链路电容器被主动地或被动地冷却(参见图1中的主动冷却装置或被动冷却装置10)。替代性地或附加地,DC链路电容器1的上侧部可以具有主动冷却装置或被动冷却装置10(未示出)。
相信根据前面的描述,将能够理解本公开内容和本公开内容中提到的优点中的许多优点。将明显的是,在不脱离所公开的主题的情况下,可以对部件的形状、数目、结构和布置进行各种改变。所描述的形式仅是说明性的,并且所附权利要求意在包含和结合这样的变化。因此,本发明的范围应当仅由所附权利要求来限定。
附图标记列表
1 DC链路电容器
2 下部汇流条
3 电容器元件
4 上部汇流条
5 冷却结构
6 导热元件
7电容器元件的在纵向方向上的外表面
8电容器元件的在横向方向上的外表面
9电容器元件的过渡表面
10主动冷却装置或被动冷却装置
11 汇流条的外表面
12 柱形件
14 蜂窝件
15包括蜂窝件和电容器元件的单元
20 第一连接元件
22 第二连接元件
30 纵向方向
31 在纵向方向上的距离
32 横向方向
33 在横向方向上的距离。
Claims (10)
1.一种具有散热功能的DC链路电容器(1),所述DC链路电容器包括:
下部汇流条(2),
上部汇流条(4),
冷却结构(5),以及
多个在结构上相同的电容器元件(3),所述电容器元件布置在所述下部汇流条(2)与所述上部汇流条(4)之间以用于进行电接触,其中,所述电容器元件(3)分别布置成在纵向方向(30)上彼此相距一定距离(31)并且在横向方向(32)上彼此相距一定距离(33),并且与所述冷却结构(5)导热接触,
其特征在于:
至少一个导热元件(6)限定了所述冷却结构(5)并且以材料结合的方式连接至所述下部汇流条(2)或所述上部汇流条(4);并且
所述下部汇流条(2)的外表面(11)或所述上部汇流条(4)的外表面连接至主动冷却装置或被动冷却装置(10)。
2.根据权利要求1所述的DC链路电容器(1),其中,所述冷却结构(5)的所述至少一个导热元件(6)以材料结合的方式进行的连接包括焊接。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的DC链路电容器(1),其中,所述冷却结构(5)包括多个导热元件(6),所述多个导热元件平行于所述纵向方向(30)且平行于所述横向方向(32)布置,并且所述多个导热元件在各自情况下均抵靠相应的电容器元件(3)的与所述电容器元件(3)的所述纵向方向(30)平行且与所述电容器元件的所述横向方向(32)平行的外表面(7,8)支承。
4.根据权利要求1至2中的任一项所述的DC链路电容器(1),其中,所述冷却结构(5)包括多个导热元件(6),所述多个导热元件平行于所述纵向方向(30)布置,并且所述多个导热元件在各自情况下均抵靠相应的电容器元件(3)的与所述电容器元件(3)的所述纵向方向(30)平行的外表面(7)支承。
5.根据权利要求1至2中的任一项所述的DC链路电容器(1),其中,所述冷却结构(5)包括多个导热元件(6),所述多个导热元件平行于所述横向方向(32)布置,并且所述多个导热元件在各自情况下均抵靠相应的电容器元件(3)的与所述电容器元件(3)的所述横向方向(32)平行的外表面(8)支承。
6.根据权利要求1至2中的任一项所述的DC链路电容器(1),其中,所述冷却结构(5)包括多个导热元件(6),所述多个导热元件平行于所述横向方向(32)布置,并且所述多个导热元件在各自情况下均在所述电容器元件(3)的平行于所述横向方向(32)的外表面(8)上抵靠相应的多个相邻电容器元件(3)支承。
7.根据权利要求1至2中的任一项所述的DC链路电容器(1),其中,所述冷却结构(5)包括多个导热元件(6),所述多个导热元件平行于所述纵向方向(30)布置,并且所述多个导热元件在各自情况下均在所述电容器元件(3)的平行于所述纵向方向(30)的外表面(7)上抵靠相应的多个相邻电容器元件(3)支承。
8.根据权利要求1至2中的任一项所述的DC链路电容器(1),其中,所述冷却结构(5)包括多个被设计为柱形件(12)的导热元件(6),其中,所述柱形件(12)布置成使得多个所述柱形件(12)在各自情况下均抵靠所述电容器元件(3)中的每个电容器元件的每个过渡表面(9)支承,所述过渡表面形成了从每个电容器元件(3)的平行于所述纵向方向(30)的所述外表面(7)至每个电容器元件(3)的平行于所述横向方向(32)的所述外表面(8)的过渡部。
9.根据权利要求1至2中的任一项所述的DC链路电容器(1),其中,所述冷却结构(5)被设计为一体式的并且包括多个蜂窝件(14),所述蜂窝件(14)中的每个蜂窝件各自在所述电容器元件的在所述纵向方向(30)上的外表面(7)、所述电容器元件的在所述横向方向(32)上的外表面(8)以及所述电容器元件的过渡表面(9)上至少部分地封围所述电容器元件(3),并且一体式的所述冷却结构(5)以材料结合的方式连接至所述下部汇流条(2)或所述上部汇流条(4)。
10.根据权利要求1至2中的任一项所述的DC链路电容器(1),其特征在于,所述冷却结构(5)包括多个蜂窝件(14),其中,在每个蜂窝件(14)中定位有电容器元件(3),并且所述蜂窝件(14)与所述电容器元件(3)一起以材料结合的方式在相应的预先限定位置处连接至所述下部汇流条(2)或所述上部汇流条(4)。
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