CN117766297A - 一种多并联电解电容低温应用装置及低温应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多并联电解电容低温应用装置及低温应用方法，包括功率器件和散热器，散热器与功率器件接触，用于将功率器件工作时产生的热量辐射到电解电容所在的环境中，以使电解电容运行于适宜的温度。本发明通过采用功率器件和散热器这些电力电子设备本身自带的器件，在不增加硬件的前提下，仅通过合理的布局及应用，即将功率器件工作时产生的热量通过散热器辐射到电解电容所在的环境中，使得电解电容运行于适宜的温度，不仅能从问题根源优化电解电容的运行环境，有效解决了多并联电解电容低温运行存在的问题，保证了电解电容的运行寿命及产品运行可靠性，而且降低了产品成本和复杂性，提升了功率密度、设计灵活性以及产品的综合效率。

Description

一种多并联电解电容低温应用装置及低温应用方法

技术领域

本发明涉及电力电子产品技术领域，尤其涉及一种多并联电解电容低温应用装置及低温应用方法。

背景技术

目前，随着新能源行业的快速发展，大功率光伏及储能变流器得到了快速的发展及应用。相较于UPS(不间断电源)，此类设备更多的应用于户外环境中，而户外环境具有更恶劣的环境，对于设备的环境适应性会有更加严格的考核。电解电容由于具备容量大、体积小的特点，被广泛的应用于光伏逆变器、储能变流器及其他电力电子设备的直流母线支撑。但电解电容在低温应用场景下ESR(等效串联电阻)的离散化会非常严重，从而造成在并联应用时产生不均流现象，进而导致其中某个电容温度不断升高，最终电容器件失效的情况，甚至炸机等更严重的损伤，这直接导致整个电力电子产品甚至相关系统的可靠性降低。

目前，现有的解决方案是使用薄膜电容替代电解电容，但由于薄膜电容存在能量密度低的问题，需要增加薄膜电容的使用数量，而薄膜电容的成本又很高，无疑将提高电容及直流母线的成本，同时需要占用更大的设备面积。虽然也有另一种解决方案是使用电解电容+薄膜电容，薄膜电容为高频回路提供通道，电解电容则支撑母线电压低频波动，但这两种电容之间需要增加阻尼电感，以保证电解电容不会为高频纹波提供回路，且这两种电容多采用分板方式实现，如图1，存在的问题有：

(1)由于需要增加薄膜电容和阻尼电感，提高了产品成本；

(2)电解电容和薄膜电容这两种电容分板设计增加了空间占用，增加了产品体积，降低了产品功率密度，而且复杂性高，降低了设计的灵活性。

因此，需要对现有技术进行改进。

以上信息作为背景信息给出只是为了辅助理解本公开，并没有确定或者承认任意上述内容是否可用作相对于本公开的现有技术。

发明内容

本发明提供一种多并联电解电容低温应用装置及低温应用方法，以解决现有技术中存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：

第一方面，本发明提供一种多并联电解电容低温应用装置，所述装置包括：

功率器件；

散热器，与所述功率器件接触，用于将所述功率器件工作时产生的热量辐射到电解电容所在的环境中，以使所述电解电容运行于适宜的温度。

进一步地，所述多并联电解电容低温应用装置中，所述装置还包括散热风机：

所述散热风机用于驱动气流流经所述散热器，以调节所述散热器的温度。

进一步地，所述多并联电解电容低温应用装置中，所述装置还包括壳体和隔板；

所述隔板设置在所述壳体内，且将所述壳体的内部分隔成两个容纳腔；

所述电解电容位于其中一个所述容纳腔内，所述散热风机位于另一个所述容纳腔内；

所述散热器穿设于所述隔板设置。

进一步地，所述多并联电解电容低温应用装置中，所述装置还包括第一温度传感器、第二温度传感器和控制器；

所述第一温度传感器靠近所述电解电容设置，用于采集所述电解电容所在环境的第一温度；

所述第二温度传感器靠近所述散热器设置，用于采集所述散热器所在环境的第二温度；

所述控制器分别与所述第一温度传感器、所述第二温度传感器和所述散热风机连接，用于根据所述第一温度和所述第二温度对所述散热风机的转速进行调节。

进一步地，所述多并联电解电容低温应用装置中，所述功率器件与所述电解电容集成在一个PCB板上。

进一步地，所述多并联电解电容低温应用装置中，所述散热器位于所述电解电容的下方。

进一步地，所述多并联电解电容低温应用装置中，所述功率器件为IGBT。

进一步地，所述多并联电解电容低温应用装置中，所述功率器件为1个所述IGBT。

进一步地，所述多并联电解电容低温应用装置中，所述功率器件为多个所述IGBT，多个所述IGBT构成I GBT模块。

第二方面，本发明提供一种多并联电解电容低温应用方法，采用如上述第一方面所述的多并联电解电容低温应用装置实现，所述方法包括：

通过散热器将功率器件工作时产生的热量辐射到电解电容所在的环境中。

进一步地，所述多并联电解电容低温应用方法中，在所述通过所述散热器将所述功率器件工作时产生的热量辐射到电解电容所在的环境中的步骤之后，所述方法还包括：

通过第一温度传感器采集电解电容所在环境的第一温度；

判断所述第一温度是否大于第一设定温度值；

若是，则通过控制器控制散热风机启动运行；若否，则通过第二温度传感器采集散热器所在环境的第二温度；

判断所述第二温度是否小于第二设定温度值，所述第二设定温度值大于所述第一设定温度值；

若是，则通过所述控制器控制所述散热风机减小转速；若否，则判断所述第二温度是否大于第三设定温度值，所述第三设定温度值大于所述第二设定温度值；

若是，则通过所述控制器控制所述散热风机增大转速；若否，则通过所述控制器控制所述散热风机维持当前转速。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的一种多并联电解电容低温应用装置及低温应用方法，通过采用功率器件和散热器这些电力电子设备本身自带的器件，在不增加硬件的前提下，仅通过合理的布局及应用，即将功率器件工作时产生的热量通过散热器辐射到电解电容所在的环境中，使得电解电容运行于适宜的温度，不仅能从问题根源优化电解电容的运行环境，有效解决了多并联电解电容低温运行存在的问题，保证了电解电容的运行寿命及产品运行可靠性，而且降低了产品成本和复杂性，提升了功率密度、设计灵活性，便于不同产品的适用，同时由于低温下风机的输出功率降低以及电解电容适宜温度下ESR的长期保持较低状态，产品的综合效率得以提升。

本发明具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是现有技术中采用电解电容+薄膜电容的方案；

图2是本发明实施例一提供的一种多并联电解电容低温应用装置的结构示意图；

图3是本发明实施例一提供的一种多并联电解电容低温应用装置的结构示意图；

图4是本发明实施例一提供的功率器件与电解电容集成在一个PCB板上的结构示意图；

图5是本发明实施例二提供的一种多并联电解电容恒温控方法的流程示意图；

图6是本发明实施例二提供的一种多并联电解电容恒温控方法的流程示意图。

附图标记：

功率器件1，散热器2，电解电容3，散热风机4，第一温度传感器5，第二温度传感器6，控制器7，隔板8，壳体9。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。此外，本领域普通技术人员可知，随着技术发展和新场景的出现，本申请实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。

在本申请的描述中，需要理解的是，除非另有定义，本申请所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。此外，使用的任何术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

另外，为了更好的说明本申请，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本申请同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本申请的主旨。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例一

有鉴于上述现有技术存在的缺陷，本申请人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以希望创设能够解决现有技术中缺陷的技术。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

请参考图2，本发明实施例提供一种多并联电解电容低温应用装置，所述装置包括：

功率器件1；

散热器2，与所述功率器件1接触，用于将所述功率器件1工作时产生的热量辐射到电解电容3所在的环境中，以使所述电解电容3运行于适宜的温度。

需要说明的是，功率器件1和散热器2都是很多电子电子设备(比如光伏逆变器、储能变流器等)本身自带的器件，其中散热器2原本起到的作用是为功率器件1进行散热。为了有效解决电解电容3低温应用并联不均流所导致的电容温升过高甚至炸机损坏问题，本实施例创造性地提出将功率器件1产生的热量由散热器2辐射到电解电容所在的环境中的想法，使得既充分利用了功率器件1产生的热量，又使得电解电容运行于适宜的温度，由于无需增加额外的硬件，仅是通过合理的布局及应用，降低了产品成本和复杂性，提升了功率密度和设计灵活性，便于不同产品的适用，同时能从问题根源优化电解电容的运行环境，有效解决了多并联电解电容低温运行存在的问题，保证了电解电容的运行寿命及产品运行可靠性。

请再次参考图2，并结合参考图3，在本实施例中，所述装置还包括散热风机4：

所述散热风机4用于驱动气流流经所述散热器2，最后从出风口流出，以调节所述散热器2的温度。

需要说明的是，散热风机4也是很多电子电子设备本身自带的器件，其原本的作用是加速气流的流动速度，提高散热效果。

考虑到功率器件1不同工作时间产生的热量不同，从而对于电解电容3所在的环境的温度调节也有差异，那么为了尽可能地让电解电容3稳定运行于适宜的温度，即电解电容3所在的环境恒温，本实施例对散热风机4进行了二次利用，即如果功率器件1产生的热量多，则通过散热风机4提高散热效果，以防止电解电容3所在的环境的温度过高，而如果功率器件1产生的热量少，则通过散热风机4降低散热效果，以防止电解电容3所在的环境的温度过低。

请在此参考图2，在本实施例中，所述装置还包括壳体9和隔板8；

所述隔板8设置在所述壳体9内，且将所述壳体9的内部分隔成两个容纳腔；

所述电解电容3位于其中一个所述容纳腔内，所述散热风机4位于另一个所述容纳腔内；

所述散热器2穿设于所述隔板8设置。

需要说明的是，通过所述隔板8将所述壳体9分隔成两个独立的容纳腔，然后将所述电解电容3和所述散热风机4分别放置于不同的容纳腔中，使得所述电解电容3所在的容纳腔中的热量得以长期保存，防止所述散热风机4的散热效果作用于所述电解电容3所在的容纳腔，从而防止所述电解电容3所在的容纳腔的热量过快流失。

请再次参考图3，在本实施例中，所述装置还包括第一温度传感器5、第二温度传感器6和控制器7；

所述第一温度传感器5靠近所述电解电容3设置，用于采集所述电解电容3所在环境的第一温度；

所述第二温度传感器6靠近所述散热器2设置，用于采集所述散热器2所在环境的第二温度；

所述控制器7分别与所述第一温度传感器5、所述第二温度传感器6和所述散热风机4连接，用于根据所述第一温度和所述第二温度对所述散热风机4的转速进行调节。

需要说明的是，为了能够达到对散热风机4的精确控制，需要在电解电容3和散热器2分别所在的环境设置温度传感器，以采集温度作为控制器控制散热风机4进行转速调节的依据和反馈。

请参考图4，在本实施例中，所述功率器件1与所述电解电容3集成在一个PCB板上。

需要说明的是，由于无需电容额外分板，功率器件1可直接与电解电容3在一个PCB板上集成，提升功率密度。

可以理解的是，虽然功率器件1与电解电容3是集成在一个PCB板上的，但由于功率器件1本身的散热性能较差，热量也比较集中，所以需要配合散热器2将热量更好地辐射到电解电容3所在的环境中。

请再次参考图2-3，在本实施例中，所述散热器2位于所述电解电容3的下方。

需要说明的是，将散热器3设计在位于电解电容3的下方，由于热量是向上传播的，可便于将大部分的热量辐射到电解电容3所在的环境中。

在本实施例中，所述功率器件1为IGBT。

可选地，所述功率器件1为1个所述I GBT，或者，所述功率器件1为多个所述IGBT，多个所述IGBT构成IGBT模块。

尽管本申请中较多的使用了功率器件，散热器，电解电容，散热风机等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

本发明提供的一种多并联电解电容低温应用装置，通过采用功率器件和散热器这些电力电子设备本身自带的器件，在不增加硬件的前提下，仅通过合理的布局及应用，即将功率器件工作时产生的热量通过散热器辐射到电解电容所在的环境中，使得电解电容运行于适宜的温度，不仅能从问题根源优化电解电容的运行环境，有效解决了多并联电解电容低温运行存在的问题，保证了电解电容的运行寿命及产品运行可靠性，而且降低了产品成本和复杂性，提升了功率密度、设计灵活性，便于不同产品的适用，同时由于低温下风机的输出功率降低以及电解电容适宜温度下ESR的长期保持较低状态，产品的综合效率得以提升。

实施例二

请参考图5，为本发明实施例一提供的一种多并联电解电容低温应用方法的流程示意图，该方法采用多并联电解电容低温应用装置实现。该方法具体包括如下步骤：

S1、通过散热器将功率器件工作时产生的热量辐射到电解电容所在的环境中。

在本实施例中，在步骤S1之后，所述方法还包括：

通过第一温度传感器采集电解电容所在环境的第一温度；

判断所述第一温度是否大于第一设定温度值；

若是，则通过控制器控制散热风机启动运行；若否，则通过第二温度传感器采集散热器所在环境的第二温度；

判断所述第二温度是否小于第二设定温度值，所述第二设定温度值大于所述第一设定温度值；

若是，则通过所述控制器控制所述散热风机减小转速；若否，则判断所述第二温度是否大于第三设定温度值，所述第三设定温度值大于所述第二设定温度值；

若是，则通过所述控制器控制所述散热风机增大转速；若否，则通过所述控制器控制所述散热风机维持当前转速。

基于上述优化，如图6所示，本实施例提供的一种多并联电解电容低温应用方法，具体可以包括如下步骤：

S00、通过散热器将功率器件工作时产生的热量辐射到电解电容所在的环境中。

S10、通过第一温度传感器采集电解电容所在环境的第一温度；

S20、判断所述第一温度是否大于第一设定温度值；若是，则执行步骤S30，若否，则执行步骤S40；

需要说明的是，第一设定温度值为技术人员通过经验设定，该经验是基于具体的实验结果得到的，可以是任意数值，比如可以是15°。

S30、通过控制器控制散热风机启动运行；

S40、通过第二温度传感器采集散热器所在环境的第二温度；

S50、判断所述第二温度是否小于第二设定温度值，所述第二设定温度值大于所述第一设定温度值；若是，则执行步骤S60，若否，则执行步骤S70；

需要说明的是，第二设定温度值为技术人员通过经验设定，该经验是基于具体的实验结果得到的，可以是任意数值，比如可以是70°。

S60、通过所述控制器控制所述散热风机减小转速；

S70、判断所述第二温度是否大于第三设定温度值，所述第三设定温度值大于所述第二设定温度值；若是，则执行步骤S80，若否，则执行步骤S90；

需要说明的是，第三设定温度值为技术人员通过经验设定，该经验是基于具体的实验结果得到的，可以是任意数值，比如可以是80°。

S80、通过所述控制器控制所述散热风机增大转速；

S90、通过所述控制器控制所述散热风机维持当前转速。

需要说明的是，本实施例对于散热风机的控制主旨是，如果功率器件产生的热量多，导致电解电容所在的环境的温度过高，则通过散热风机提高散热效果，以防止电解电容所在的环境的温度过高，而如果功率器件产生的热量少，导致电解电容所在的环境的温度过低，则通过散热风机降低散热效果，以防止电解电容所在的环境的温度过低。

本发明提供的一种多并联电解电容低温应用方法，通过采用功率器件和散热器这些电力电子设备本身自带的器件，在不增加硬件的前提下，仅通过合理的布局及应用，即将功率器件工作时产生的热量通过散热器辐射到电解电容所在的环境中，使得电解电容运行于适宜的温度，不仅能从问题根源优化电解电容的运行环境，有效解决了多并联电解电容低温运行存在的问题，保证了电解电容的运行寿命及产品运行可靠性，而且降低了产品成本和复杂性，提升了功率密度、设计灵活性，便于不同产品的适用，同时由于低温下风机的输出功率降低以及电解电容适宜温度下ESR的长期保持较低状态，产品的综合效率得以提升。

综上所述，在阅读本详细公开内容之后，本领域技术人员可以明白，前述详细公开内容可以仅以示例的方式呈现，并且可以不是限制性的。尽管这里没有明确说明，本领域技术人员可以理解本申请意图囊括对实施例的各种合理改变，改进和修改。这些改变，改进和修改旨在由本申请提出，并且在本申请的示例性实施例的精神和范围内。

此外，本申请中的某些术语已被用于描述本申请的实施例。例如，“一个实施例”，“实施例”和/或“一些实施例”意味着结合该实施例描述的特定特征，结构或特性可以包括在本申请的至少一个实施例中。因此，可以强调并且应当理解，在本说明书的各个部分中对“实施例”或“一个实施例”或“替代实施例”的两个或更多个引用不一定都指代相同的实施例。此外，特定特征，结构或特性可以在本申请的一个或多个实施例中适当地组合。

应当理解，在本申请的实施例的前述描述中，为了帮助理解一个特征，出于简化本申请的目的，本申请将各种特征组合在单个实施例、附图或其描述中。然而，这并不是说这些特征的组合是必须的，本领域技术人员在阅读本申请的时候完全有可能将其中一部分特征提取出来作为单独的实施例来理解。也就是说，本申请中的实施例也可以理解为多个次级实施例的整合。而每个次级实施例的内容在于少于单个前述公开实施例的所有特征的时候也是成立的。

最后，应当理解，本文公开的申请的实施方案是对本申请的实施方案的原理的说明。其他修改后的实施例也在本申请的范围内。因此，本申请披露的实施例仅仅作为示例而非限制。本领域技术人员可以根据本申请中的实施例采取替代配置来实现本申请中的申请。因此，本申请的实施例不限于申请中被精确地描述过的实施例。

Claims (10)

1.一种多并联电解电容低温应用装置，其特征在于，所述装置包括：

功率器件(1)；

散热器(2)，与所述功率器件(1)接触，用于将所述功率器件(1)工作时产生的热量辐射到电解电容(3)所在的环境中，以使所述电解电容(3)运行于适宜的温度。

2.根据权利要求1所述的多并联电解电容低温应用装置，其特征在于，所述装置还包括散热风机(4)：

所述散热风机(4)用于驱动气流流经所述散热器(2)，以调节所述散热器(2)的温度。

3.根据权利要求2所述的多并联电解电容低温应用装置，其特征在于，所述装置还包括壳体(9)和隔板(8)；

所述隔板(8)设置在所述壳体(9)内，且将所述壳体(9)的内部分隔成两个容纳腔；

所述电解电容(3)位于其中一个所述容纳腔内，所述散热风机(4)位于另一个所述容纳腔内；

所述散热器(2)穿设于所述隔板(8)设置。

4.根据权利要求3所述的多并联电解电容低温应用装置，其特征在于，所述装置还包括第一温度传感器(5)、第二温度传感器(6)和控制器(7)；

所述第一温度传感器(5)靠近所述电解电容(3)设置，用于采集所述电解电容(3)所在环境的第一温度；

所述第二温度传感器(6)靠近所述散热器(2)设置，用于采集所述散热器(2)所在环境的第二温度；

所述控制器(7)分别与所述第一温度传感器(5)、所述第二温度传感器(6)和所述散热风机(4)连接，用于根据所述第一温度和所述第二温度对所述散热风机(4)的转速进行调节。

5.根据权利要求1所述的多并联电解电容低温应用装置，其特征在于，所述功率器件(1)与所述电解电容(3)集成在一个PCB板上。

6.根据权利要求1所述的多并联电解电容低温应用装置，其特征在于，所述散热器(2)位于所述电解电容(3)的下方。

7.根据权利要求1所述的多并联电解电容低温应用装置，其特征在于，所述功率器件(1)为IGBT。

8.根据权利要求7所述的多并联电解电容低温应用装置，其特征在于，所述功率器件(1)为1个所述IGBT或多个所述IGBT，多个所述IGBT构成IGBT模块。

9.一种多并联电解电容低温应用方法，采用如权利要求1-8中任一项所述的多并联电解电容低温应用装置实现，其特征在于，所述方法包括：

通过散热器将功率器件工作时产生的热量辐射到电解电容所在的环境中。

10.根据权利要求9所述的多并联电解电容低温应用方法，其特征在于，在所述通过所述散热器将所述功率器件工作时产生的热量辐射到电解电容所在的环境中的步骤之后，所述方法还包括：

通过第一温度传感器采集电解电容所在环境的第一温度；

判断所述第一温度是否大于第一设定温度值；

若是，则通过控制器控制散热风机启动运行；若否，则通过第二温度传感器采集散热器所在环境的第二温度；

判断所述第二温度是否小于第二设定温度值，所述第二设定温度值大于所述第一设定温度值；

若是，则通过所述控制器控制所述散热风机减小转速；若否，则判断所述第二温度是否大于第三设定温度值，所述第三设定温度值大于所述第二设定温度值；

若是，则通过所述控制器控制所述散热风机增大转速；若否，则通过所述控制器控制所述散热风机维持当前转速。