CN117711821A - 具有壳体和布置在其中的电容器装置的功率电子组件 - Google Patents

Abstract

提出了具有壳体和布置在其中的电容器装置的功率电子组件，其中电容器装置具有多个电容器元件，每个具有第一和第二电容器接触装置以及电容器母线，该电容器母线包括具有第一接触点的第一金属成形体和具有第二接触点的第二金属成形体，其中具有第一极性的第一金属成形体具有多个第一端子接触装置，每个导电地连接到第一电容器接触装置，并且具有第二极性的第二金属成形体具有多个第二端子接触装置，每个导电地连接到第二电容器接触装置，其中每个由第一接触点和一第一端子接触装置之间的第一部分电流路径和与第一接触点和第二接触点相关联的第二端子接触装置之间的第二部分电流路径形成的相应的单独电流路径每个均具有相同的电流路径长度。

Description

具有壳体和布置在其中的电容器装置的功率电子组件

技术领域

本发明描述了一种具有壳体和布置在其中的电容器装置的功率电子组件，其中电容器装置具有多个电容器元件，每个电容器元件具有第一电容器接触装置、第二电容器接触装置和电容器母线。电容器母线包括具有第一接触点的第一平面金属成形体和具有第二接触点的第二平面金属成形体。接触点优选地是用于与功率半导体模块的导电连接。具有第一极性的第一平面金属成形体具有多个第一端子接触装置，每个第一端子接触装置被导电地连接到第一电容器接触装置，而具有第二极性的第二平面金属成形体具有多个第二端子接触装置，每个第二端子接触装置被导电地连接到第二电容器接触装置。

背景技术

根据例如在DE 10 2015 113 873 B3中公开的现有技术，已知一种功率电子组件，其形成有壳体和布置在壳体中的电容器装置，其中壳体具有冷却表面，该冷却表面布置在内部中并且被设计为通过集成在壳体中或在壳体外部的冷却装置来冷却，并且其中该电容器装置具有电容器和电容器母线，该电容器在每种情况下具有第一极性和第二极性的一个接触装置。电容器母线具有第一平面金属成形体和第二平面金属成形体，其中第一平面金属成形体被导电地连接到具有第一极性的第一接触装置，第二平面金属成形体被导电地连接到具有第二极性的第二接触装置。此外，第一金属成形体的第一部分包括平行于冷却表面布置且与冷却表面间隔开的第一子部分以及与冷却表面热接触的第二子部分，其中两个子部分通过中间部分互连。第一金属成形体和第二金属成形体在其平面范围的至少80％上彼此紧密相邻地布置。

这种系统中的一个持续缺陷是各个单独电容器元件上的负载不均匀，这也是由各个相应电容器元件的不同充电电流或放电电流引起的。

在了解这些情况的情况下，本发明的目的是在操作期间使各个电容器元件上的负载均匀。

发明内容

根据本发明，该目的通过具有壳体和布置在壳体中的电容器装置的功率电子组件来实现，其中电容器装置具有多个电容器元件，每个电容器元件具有第一电容器接触装置、第二电容器接触装置和电容器母线，电容器母线包括具有第一接触点的第一金属成形体和具有第二接触点的第二金属成形体，其中具有第一极性的第一金属成形体具有多个第一端子接触装置，每个第一端子接触装置被导电地连接到第一电容器接触装置，并且具有第二极性的第二金属成形体具有多个第二端子接触装置，每个第二端子接触装置被导电地连接到第二电容器接触装置，其中每个由第一部分电流路径和第二部分电流路径形成的相应的单独的电流路径均具有相同的电流路径长度，第一部分电流路径处在第一接触点和第一端子接触装置之间，第二部分电流路径处在与第一接触点和第二接触点相关联的第二端子接触装置之间。

相应的金属成形体在此优选是平面的。

如果电容器元件的相应的第一电容器接触装置布置在第一外表面上，并且相关联的第二电容器接触装置布置在电容器元件的与第一表面相反的第二表面上，则可能是有利的。

优选地是，电容器元件以M×N矩阵布置，其中M>0并且N>2，特别是N>3。

特别优选的是，在M×N矩阵且M＝2的情况下，在电容器装置的区域中的两个金属成形体均具有线性的主部分以及多个横向突出的子部分，其中相关联的端子接触装置布置在相应的横向突出的子部分上。

还优选的是，在M×N矩阵且M>2的情况下，电容器装置的区域中的两个金属成形体中的一个金属成形体形成有线性的主部分以及多个横向突出的子部分，其中相关联的端子接触装置布置在相应的横向突出的子部分的路线中，并且另一个金属成形体形成有多个线性的主部分以及横向突出的子部分，其中相关联的所述端子接触装置布置在相应的主部分上且布置在相应的子部分上。

可能特别优选地是，后部部分平行于主部分布置，并且也可以在M＝1的情况下存在。

原则上，优选的是，第一金属成形体的端子接触装置的部分(特别是，该部分与第一主部分重合)中的第一电流流动方向等于第二金属成形体的端子接触装置的部分(特别是，该部分与第二主部分重合)中的第二电流流动方向。

可能有利地是，功率半导体模块布置在壳体中，并且被极性适当地与电容器母线的接触点导电地连接。

原则上，如果壳体具有杯状凹部，电容器装置布置在该杯状凹部中，则是有利的。在这种情况下，围绕电容器装置的凹部可以至少部分地、优选地是几乎完全地填充有电绝缘灌封化合物。

如果金属成形体中的一个金属成形体在该金属成形体的端子接触装置的部分中与冷却表面间接热接触，则也可能是优选的。在这种情况下，电绝缘的绝缘装置可以布置在冷却表面之间、优选地是布置在连接装置的部分中，特别是，绝缘装置呈塑料膜或绝缘陶瓷层的形式。此外，冷却表面可以形成为壳体的部分，优选地是，冷却液流动通过该部分。

特别优选地是，凹部的底部(如果可用的话)被设计为冷却表面。

当然，除非本身被排除或明确地被排除，否则以单数提及的特征也可以在根据本发明的组件中多次出现。应当理解的是，本发明的各种实施例可以单独地实现，或以任意组合的方式实施以实现改进。特别是，在不脱离本发明的范围的情况下，上文和下文提及和解释的特征不仅可以以已指示的组合使用，而且还可以以其它组合使用或单独使用。

附图说明

本发明的进一步解释、有利细节和特征可以在对图1到图6中示意性示出的本发明示例性实施例或其相应部分的以下描述中找到。

图1示出了根据本发明的第一组件的截面。

图2示出了通过第一组件的两条电流路径。

图3示出了带有其它部件的第一组件。

图4示出了根据本发明的第二组件的平面图。

图5示出了通过第二组件的电流路径。

图6示出了根据本发明的第三组件的平面图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的具有电容器装置3的第一组件的截面，该电容器装置具有多个电容器元件30。这里，这些电容器元件30被串联布置，并且因此以1×N矩阵的形式布置。在不限制一般性的情况下，这里所示的电容器元件30是圆柱形的，并且每个电容器元件具有两个圆形端面。这些端面形成其上布置有电容器接触装置322，342的相应表面：在每种情况下，第一电容器接触装置322位于第一端面上，并且第二电容器接触装置342布置在与第一端面相反的第二端面上。此外，这些电容器接触装置是根据标准技术实践进行设计的。

根据本发明的组件进一步包括由第一金属成形体42和第二金属成形体44形成的电容器母线4。相应的金属体42，44具有用于连接到其它部件(例如功率半导体模块)的接触点420、440。在它们的路线中，在这种情况下具有平面设计的各个相应的金属成形体42，44具有弯曲部，并且具有用于导电地连接到各个相关联的电容器接触装置322，342的多个端子接触装置422，442。

第一金属成形体42在操作中具有第一极性，从而形成组件的正的DC电压电势，而第二金属成形体44在操作中具有第二极性，从而形成负的DC电压电势。

为了对各个单独的电容器元件30充电，电流流经从第一接触点420通过相应的电容器元件30延伸到第二接触点440的电流路径。这里，第一部分电流路径52形成在第一接触点420经由金属成形体42和与相应的电容器元件30相关联的金属成形体42的第一端子接触装置422到相关联的第一电容器接触装置322之间。类似地是，形成第二部分电流路径54，其从电容器元件30的第二电容器接触装置342经由第二端子接触装置442、第二金属成形体44到第二接触点440。根据本发明，只要技术上可行，则由第一部分电流路径52和第二部分电流路径54形成的每个单独的电容器元件30的电流路径对于所有的电容器元件30都是相同的。换句话说，这里不应考虑由于技术原因而导致的、在总长度的百分之几的范围内的最小长度差异。这不仅适用于该示例性实施例，而且适用于根据本发明的功率电子组件的所有技术实施方式。

图2示出了通过第一组件的两条可能的电流路径的示例。这里，x方向上的N个电容器元件中的第一个电容器元件和x方向上的N个电容器元件中的倒数第二个电容器元件，并且因此还有所有其它的电流路径具有相同的长度。为此目的，如果在第一金属成形体42的端子接触装置422的部分中的第一电流流动方向62与在第二金属成形体44的端子接触装置442的部分中的第二电流流动方向64相同，则是足够的，但不是必需的。

图3示出了具有其它部件的第一组件，即具有上面已经提到的功率半导体模块7和壳体2。功率半导体模块7在此形成为逆变器模块，如例如在车辆、特别是乘用车的电驱动器中使用的那样。有利地是，该转换器模块的输出具有数个相位，特别是三个相位。在DC电压侧，电容器母线4的接触点420、440被极性适当地与功率半导体模块7的相关联的模块接触点720、740导电地连接。

壳体2具有杯状凹部20，电容器装置3被完全布置在该凹部20中，或者如这里所示，其体积的超过80％布置在该凹部中。出于更好的散热以及还有稳定性的原因，围绕电容器装置3并且这里还延伸到电容器装置3中的凹部20几乎完全被灌封化合物200填充。优选地是，该灌封化合物200也是电绝缘的。

为了改善从电容器装置3到冷却装置的间接热传递，第二金属成形体44在其端子接触装置442的部分中与冷却表面22间接热接触，在这种情况下，该冷却表面22是壳体2的一部分，更准确地说是凹部20的底部26的一部分。冷却表面22本身与流经壳体2的冷却液(未示出)直接热接触。在冷却表面22和第二金属成形体44之间，电绝缘但导热的绝缘装置24(此处呈塑料膜的形式)布置在连接装置442的部分中。

图4示出了根据本发明的第二组件的俯视图和仰视图，即：分别逆着z方向和沿着z方向的视图。电容器装置3类似于图1中描述的电容器装置，不同之处在于：电容器元件30布置成2×N矩阵。另外，电容器装置3在这里经由电绝缘的、导热的绝缘装置24(仅在图的上部中示出)横向地且直接地连接到冷却表面22(未示出)。

电容器母线4再次具有第一金属成形体42和第二金属成形体44，该第一金属成形体42具有第一接触点420，其在图4的上部示意性示出，并且该第二金属成形体44具有紧邻该第一接触点420的第二接触点440，其在图4的下部示意性示出。

在电容器装置3的区域中，第一金属成形体42形成在两排电容器元件30之间居中延伸的线性的主部分以及多个子部分426，其横向地(在此，以90°角)突出，更精确地是在两侧上突出。在这种情况下，与每个电容器元件30相关联的第一端子接触装置322布置在相应的横向突出的子部分426上。第一端子接触装置322被导电地连接到第一电容器接触装置422。

在电容器装置3的区域中，第二金属成形体44也形成在这两排之间居中延伸的线性的主部分444以及在两侧以90°角突出的相同数量的子部分446。这里，与每个电容器元件30相关联的第二端子接触装置442布置在相应的横向突出的子部分446上。第二端子接触装置442被导电地连接到第二电容器接触装置342。

两个金属成形体42、44的主部分的电流方向62、64是相同的，这里是沿着x方向延伸。第二金属成形体44还具有平行于主部分444延伸的后部部分448。该后部部分448中的电流方向与第二金属成形体44的主部分444中的电流方向相反。

图5示出了通过第二组件的示例性电流路径。由于具有后部部分448的设计，所有电流路径62，64的长度在技术可行的范围内再次是相同的。

图6示出了根据本发明的第三组件的平面图。电容器装置3类似于图1中所描述的电容器装置，差异在于：电容器元件30布置成3×N矩阵。电容器母线4再次具有第一金属成形体42和第二金属成形体44，该第一金属成形体42具有第一接触点420，其在图6的上部示意性示出，并且该第二金属成形体44具有与第一接触点直接相邻的第二接触点440，其在图6的下部示意性示出。

在电容器装置3的区域中，第一金属成形体42形成了在这两排之间居中延伸的线性的主部分424，并且多个子部分426横向地(在此，以90°角)突出，更准确地说是在两侧上突出。在这种情况下，与每个电容器元件30相关联的第一端子接触装置322布置在相应的横向突出的子部分426上，并且布置在主部分424和子部分426之间的接合处。第一端子接触装置422被导电地连接到第一电容器接触器件322。

在电容器装置3的区域中，第二金属成形体44形成两个主部分444，所述两个主部分444在两排外侧的电容器元件30的上方居中地线性延伸。从这些主部分444，朝向中心排的电容器元件30突出的子部分446被交替布置。这里，与每个电容器元件30相关联的第二端子接触装置442布置在相应的横向突出的子部分446上，并且布置在相应的主部分444和子部分446之间的接合处。第二端子接触装置442被导电地连接到第二电容器接触装置342。

两个金属成形体42、44的所有的主部分424、444的部分电流方向62、64是相同的，这里是在x方向上延伸。第二金属成形体44还具有平行于主部分444延伸的两个后部部分428。这些后部部分448中的电流方向62、64与第二金属成形体的主部分444中的电流方向相反。

Claims (14)

1.一种具有壳体(2)和布置在所述壳体(2)中的电容器装置(3)的功率电子组件，其中所述电容器装置(3)具有多个电容器元件(30)，每个电容器元件(30)具有第一电容器接触装置(322)、第二电容器接触装置(342)和电容器母线(4)，所述电容器母线(4)包括具有第一接触点(420)的第一金属成形体(42)和具有第二接触点(440)的第二金属成形体(44)，其中具有第一极性的所述第一金属成形体(42)具有多个第一端子接触装置(422)，每个第一端子接触装置(422)被导电地连接到第一电容器接触装置(322)，并且具有第二极性的所述第二金属成形体(44)具有多个第二端子接触装置(442)，每个第二端子接触装置(442)被导电地连接到第二电容器接触装置(342)，其中每个由第一部分电流路径(52)和第二部分电流路径(54)形成的相应的单独的电流路径每个均具有相同的电流路径长度，所述第一部分电流路径(52)处在所述第一接触点(420)和一第一端子接触装置(422)之间，所述第二部分电流路径(54)处在与所述第一接触点和所述第二接触点相关联的第二端子接触装置(442)之间。

2.根据权利要求1所述的组件，其中

电容器元件(30)的相应的所述第一电容器接触装置(322)布置在第一表面上，并且相关联的所述第二电容器接触装置(342)布置在所述电容器元件(30)的与所述第一表面相反的第二表面上。

3.根据权利要求1或2所述的组件，其中

所述电容器元件(30)布置成M×N矩阵，其中M>0并且N>2，特别是N>3。

4.根据权利要求3所述的组件，其中

在M×N矩阵且M＝2的情况下，在所述电容器装置(3)的区域中的两个金属成形体(42、44)均具有线性的主部分(424、444)以及多个横向突出的子部分(426)，其中相关联的所述端子接触装置(422、442)布置在相应的所述横向突出的子部分(426)上。

5.根据权利要求3所述的组件，其中

在M×N矩阵且M>2的情况下，两个金属成形体(42)中的一个金属成形体形成在所述电容器装置(3)的具有线性的主部分(424)以及多个横向突出的子部分(426)的区域中，其中相关联的所述端子接触装置(422)布置在相应的所述横向突出的子部分(426)的路线中，而另一金属成形体(44)形成有多个线性的主部分(444)以及横向突出的子部分(446)，其中相关联的所述端子接触装置(442)布置在相应的所述主部分(444)并且布置在相应的所述子部分(446)上。

6.根据权利要求4或5中的一项所述的组件，其中

后部部分(448)平行于所述主部分(444)布置。

7.根据权利要求1或2所述的组件，其中

在所述第一金属成形体(42)的所述端子接触装置(422)的部分中的第一电流流动方向(62)等于在所述第二金属成形体(44)的所述端子接触装置(442)的部分中的第二电流流动方向(64)。

8.根据权利要求1或2所述的组件，其中

功率半导体模块(7)布置在所述壳体(2)内，并且被极性适当地与所述电容器母线(4)的所述接触点(420、440)导电地连接。

9.根据权利要求1或2所述的组件，其中

所述壳体(2)具有杯状凹部(20)，所述电容器装置(3)布置在所述杯状凹部中。

10.根据权利要求9所述的组件，其中

围绕所述电容器装置(3)的所述凹部(20)至少部分地、优选地是几乎完全地填充有电绝缘灌封化合物(200)。

11.根据权利要求1或2所述的组件，其中

所述金属成形体(42，44)中的一个金属成形体在该金属成形体的端子接触装置(422，442)的部分中与冷却表面(22)间接热接触。

12.根据权利要求11所述的组件，其中

电绝缘的绝缘装置(24)优选地是被布置在所述连接装置(22、442)的处在所述冷却表面(22)和平面的所述金属成形体(2、4)之间的部分中，特别是，所述电绝缘装置(24)呈塑料膜或绝缘陶瓷层的形式。

13.根据权利要求11所述的组件，其中

所述冷却表面(22)形成为所述壳体(2)的部分，优选地是，冷却液流动通过该部分。

14.根据权利要求9所述的组件，其中

所述金属成形体(42，44)中的一个金属成形体在该金属成形体的端子接触装置(422，442)的部分中与冷却表面(22)间接热接触，

并且所述凹部(20)的底部(26)被设计为冷却表面(22)。