KR102326063B1 - Film capacitor module of inverter for vehicle - Google Patents
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Abstract
차량용 인버터의 필름 커패시터 모듈이 개시된다. 이 필름 커패시터 모듈은 한 쌍의 금속화 필름이 감겨진 형태에서, 양단면에 P극 전극과 N극 전극이 형성된 다수의 필름 커패시터 단위 셀과, 상기 다수의 필름 커패시터 단위 셀의 한쪽 단면에 형성된 상기 P극 전극에 체결되는 P극 버스바와, 상기 다수의 필름 커패시터 단위 셀의 다른 쪽 단면에 형성된 상기 N극 전극에 체결되는 N극 버스바와, 상기 P극 버스바 상에 형성된 상측 히트 싱크 및 상기 N극 버스바 상에 형성된 하측 히트 싱크를 포함한다.A film capacitor module of an inverter for a vehicle is disclosed. The film capacitor module includes a plurality of film capacitor unit cells having a P-pole electrode and an N-pole electrode formed on both ends thereof in a form in which a pair of metallized films are wound, and the plurality of film capacitor unit cells formed on one end surface of the plurality of film capacitor unit cells. A P-pole bus bar coupled to the P-pole electrode, an N-pole bus bar coupled to the N-pole electrode formed on the other end surface of the plurality of film capacitor unit cells, an upper heat sink formed on the P-pole bus bar, and the N and a lower heat sink formed on the pole busbar.
Description
본 발명은 필름 커패시터 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량용 인버터의 DC-링크 커패시터로 사용되는 필름 커패시터 모듈에 관한 것이다.
The present invention relates to a film capacitor module, and more particularly, to a film capacitor module used as a DC-link capacitor of a vehicle inverter.
최근 들어, 전기를 이용하여 주행하는 전기 자동차의 기술 개발이 급속히 이루어지고 있다. 전기 자동차는 회전력을 발생시키는 모터, 모터에 전원을 제공하는 배터리, 모터의 회전수를 제어하기 위한 인버터, 배터리에 전기를 축전하기 위한 충전기 및 차량용 12V 전원을 발생하기 위한 로우 DC 컨버터를 포함한다.2. Description of the Related Art In recent years, technology development of electric vehicles that run using electricity has been rapidly developed. An electric vehicle includes a motor for generating rotational force, a battery for providing power to the motor, an inverter for controlling the rotation speed of the motor, a charger for storing electricity in the battery, and a low DC converter for generating 12V power for a vehicle.
이들 부품들의 특징은 교류 전원을 직류로, 저전압 직류를 고전압 직류로 또는 이와 반대의 형태로 고전압 직류를 저전압 직류로 전기에너지의 형태를 목적에 맞게 바꾸는 역할을 한다.Characteristics of these parts are to change the form of electrical energy to suit the purpose, from AC power to DC, from low-voltage DC to high-voltage DC, or vice versa, from high-voltage DC to low-voltage DC.
이 과정에서 발생하는 전압 리플은 주변의 전기 소자에 악영향을 줄 수 있으며, 이를 감쇠하기 위하여 DC-링크 커패시터(LINK CAPACITOR)를 사용하는데, DC-링크 커패시터로서 필름 커패시터가 널리 사용되고 있다. A voltage ripple generated in this process may adversely affect surrounding electrical elements, and to attenuate it, a DC-link capacitor is used, and a film capacitor is widely used as a DC-link capacitor.
이 필름 커패시터는 산업용뿐만 아니라 인버터 시스템에서 일반화된 응용기술로서, 전기 자동차의 구동 모터를 제어하는 인버터에서는 직류 입력 전압단의 전압 맥동 성분을 제거하기 위한 평활 및 스위칭에 의한 고주파 리플 전류를 흡수하기 위하여 필름 커패시터를 인버터의 스위치에 가깝게 위치시켜 직류 입력단에 사용한다.This film capacitor is a general application technology not only in industry but also in inverter systems. In inverters that control drive motors of electric vehicles, to absorb high-frequency ripple current by smoothing and switching to remove voltage pulsation components at the DC input voltage stage. Place the film capacitor close to the switch of the inverter and use it for the DC input terminal.
하지만 고주파 리플 전류에 의해 필름 커패시터는 사용 중 발열을 하게 되며, 이는 인가되는 전압과 함께 필름 커패시터의 내부 온도를 상승시켜 수명을 단축시키고, 결국 전체 인버터 시스템의 성능을 저하시키게 된다.However, the high-frequency ripple current causes the film capacitor to generate heat during use, which increases the internal temperature of the film capacitor together with the applied voltage, shortening the lifespan, and eventually lowering the performance of the entire inverter system.
이를 개선하기 위해, 종래의 필름 커패시터는 도 1에 도시된 바와 같은 냉각 구조를 갖는다. To improve this, the conventional film capacitor has a cooling structure as shown in FIG. 1 .
구체적으로, 상하로 배치되는 두 개의 필름 커패시터 단위 셀(124)을 1조로 구성하여 하나의 필름 커패시터 셀 모듈(126)이 구성된다. 이때, 상하 두 필름 커패시터 단위 셀(124)의 양단에 (+), (-)극 부스바(bus bar)(125)를 연결 설치하여 하나의 필름 커패시터 셀 모듈(126)의 두 단위 셀(124)을 일체로 조립한다. Specifically, one film
이와 같이 두 개의 단위 셀(124)로 구성된 필름 커패시터 셀 모듈(126)을 조립한 뒤, 이를 여러 개로 조합하여 필름 커패시터의 필요 용량을 구성하게 되는데, 격벽(122)으로 구획된 케이스(121)의 각 수납공간(123)에 필요한 개수의 필름 커패시터 셀 모듈(126)을 수납한다. 여기서, 상기 케이스(121)는 열전도도가 좋고 방열성능이 좋은 알루미늄과 같은 금속 소재로 제작되며, 그 내부 공간을 복수의 수납 공간(123)으로 구획하는 복수의 격벽(122)이 일정 간격으로 일체 형성된 구조로 구비된다.After assembling the film
상기와 같은 구조의 케이스(121) 내부 공간에서 격벽(122)에 의해 구획된 각 수납 공간(123)에 부스바(125)에 의해 조립된 필름 커패시터 셀 모듈(126)을 수납하고, 이후 케이스(121)의 각 수납공간(123)에 수용된 셀 모듈(126)의 사이로 에폭시 수지를 투입한 뒤 경화시키는 방법으로 케이스(121)의 내부 공간에서 셀 모듈(126)을 에폭시 몰딩한다. 이러한 에폭시 몰딩을 통해서 각 필름 커패시터 단위 셀(124)을 케이스(121) 내부 공간에서 절연 및 고정할 수 있게 된다.The film
이후, 케이스(121)의 내부 공간의 상면을 덮도록 (+)극의 부스 플레이트(127A)와 (-)극 부스 플레이트(127B)를 케이스(121)의 상면에 용접 혹은 솔더링(납땜)하여 조립하게 되는데, 이때 두 부스플레이트(127A, 127B) 사이에 절연지(128)를 삽입하여, 두 부스플레이트(127A, 127B)는 서로 절연 상태를 유지하게 된다. Thereafter, the (+)
각 부스플레이트(127A, 127B)는 동합금 재질의 전도판으로서, 같은 극의 부스바(125)와 부스플레이트(127A, 127B)가 서로 접속되고, 각 부스 플레이트가 다른 극의 부스바(125)와는 절연재(미도시)를 개재한 상태로 절연된다.Each of the
이와 같이 부스플레이트(127A, 127B)를 케이스(121) 상면에 덮으면, 필름 커패시터 모듈(120)의 조립이 완료된다.When the
이상의 종래의 필름 커패시터는 발생한 열을 케이스(121)를 통해 방열판(미도시)으로 전달하여 방출하기 위해, 케이스(121)의 격벽(122) 내부 공간을 통해 필름 커패시터 셀 모듈(126) 사이로 삽입된 방열판의 냉각핀(미도시)이 필름 커패시터 셀 모듈의 열을 내부에서 직접 전달받아 외부로 방출하는 냉각 구조를 통해, 보다 우수한 냉각 성능을 가지면서 커패시터의 수명 연장 및 인버터의 안정적인 성능 확보가 가능하다.The above conventional film capacitor is inserted between the film
그러나, 이러한 종래의 필름 커패시터의 구조는 열전도도를 위한 금속 소재의 케이스(121)의 내부 공간에 격벽(122)을 형성하기 때문에, 전체 중량 및 부피가 커지는 단점이 있다.
However, since the structure of the conventional film capacitor forms the
따라서, 본 발명의 목적은 전체 중량 및 부피를 줄이기 위해, 열전도도를 위한 금속 소재의 케이스와 격벽 구조 없이도 냉각 성능을 향상시킬 수 있는 필름 커패시터 모듈을 제공하는 데 있다.
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a film capacitor module capable of improving cooling performance without a metal case and a barrier rib structure for thermal conductivity in order to reduce overall weight and volume.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 차량용 인버터의 필름 커패시터 모듈은, 차량용 인버터에서 DC-링크 커패시터로 사용되는 필름 커패시터 모듈로서, 한 쌍의 금속화 필름이 감겨진 형태에서, 양단면에 P극 전극과 N극 전극이 형성된 다수의 필름 커패시터 단위 셀과, 상기 다수의 필름 커패시터 단위 셀의 한쪽 단면에 형성된 상기 P극 전극에 체결되는 P극 버스바와, 상기 다수의 필름 커패시터 단위 셀의 다른 쪽 단면에 형성된 상기 N극 전극에 체결되는 N극 버스바와, 상기 P극 버스바 상에 형성된 상측 히트 싱크 및 상기 N극 버스바 상에 형성된 하측 히트 싱크를 포함한다.
In order to achieve the above object, the film capacitor module of the vehicle inverter is a film capacitor module used as a DC-link capacitor in the vehicle inverter. A plurality of film capacitor unit cells having an N-pole electrode formed thereon, a P-pole bus bar coupled to the P-pole electrode formed on one end surface of the plurality of film capacitor unit cells, and a P-pole bus bar formed on the other end surface of the plurality of film capacitor unit cells an N-pole bus bar coupled to the N-pole electrode, an upper heat sink formed on the P-pole bus bar, and a lower heat sink formed on the N-pole bus bar.
본 발명에 따르면, 필름 커패시터 단위 셀의 상, 하부에 버스 바(bus bar)가 체결되는 구조로 고정되기 때문에, 열전도도를 위한 금속 소재의 케이스 및 에폭시 충진 등이 불필요하므로, 제조 원가, 전체 중량 및 부피를 줄이고, 조립 공정을 단순화함으로써, 제품 생산성을 크게 향상시킬 수 있다.
According to the present invention, since the bus bar is fixed to the upper and lower portions of the film capacitor unit cell in a structure that is fastened, a metal case and epoxy filling for thermal conductivity are unnecessary, so manufacturing cost and total weight And by reducing the volume and simplifying the assembly process, it is possible to significantly improve product productivity.
도 1은 종래의 필름 커패시터 모듈의 구조와 제작 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 인버터의 필름 커패시터 모듈의 구조를 입체적으로 보여주는 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 절단선 A-A'에 따라 절단한 단면도이다.1 is a view for explaining the structure and manufacturing process of a conventional film capacitor module.
2 is a perspective view three-dimensionally showing a structure of a film capacitor module of an inverter for a vehicle according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view taken along the cutting line A-A' shown in FIG. 2 .
전술한 바와 같이, 종래의 필름 커패시터 모듈에서는, 내부 공간에 격벽을 형상하고, 그 격벽에 의해 구분되는 케이스의 각 수납 공간에 필름 커패시터 단위 셀을 수납하고, 각 수납 공간에 수납된 단위 셀들을 고정하고 절연하기 위해서 에폭시를 몰딩하였으나, 이러한 구조는 케이스 내부 공간에 형성되는 격벽 구조로 인해 중량 및 부피가 커지는 단점이 있다.As described above, in the conventional film capacitor module, partition walls are formed in the internal space, film capacitor unit cells are accommodated in each storage space of the case separated by the partition walls, and the unit cells accommodated in each storage space are fixed. Epoxy was molded to insulate, but this structure has disadvantages in that the weight and volume increase due to the barrier rib structure formed in the inner space of the case.
따라서 커패시터의 부피와 중량을 줄이기 위해 열전도도를 가진 금속 소재의 케이스와 격벽 구조의 설계 없이도 냉각 성능을 향상시킬 수 있는 양면 냉각 방식의 커패시터 모듈을 제안한다.Therefore, in order to reduce the volume and weight of the capacitor, we propose a double-sided cooling capacitor module that can improve cooling performance without designing a case and a bulkhead structure made of thermally conductive metal.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 상세 기술한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 인버터의 필름 커패시터 모듈의 구조를 입체적으로 보여주는 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 절단선 A-A'에 따라 절단한 단면도이다. 2 is a perspective view three-dimensionally showing the structure of a film capacitor module of an inverter for a vehicle according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the cutting line A-A' shown in FIG. 2 .
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 인버터의 필름 커패시터 모듈은 다수의 필름 커패시터 단위 셀(110), P극 버스바(120), N극 버스바(130), 절연지(140) 및 히트 싱크(150, Heat sink)를 포함한다. 2 and 3 , the film capacitor module of the vehicle inverter according to an embodiment of the present invention includes a plurality of film
다수의 필름 커패시터 단위 셀(110) 각각은 한 쌍의 금속화 필름을 돌려 감아서, 그 양단면에 전극을 형성하여 구성될 수 있다.Each of the plurality of film
금속화 필름은 폴리프로필렌으로 이루어지는 유전체 필름의 한면(片面) 또는 양면에 금속 증착 전극을 마련함으로써 형성되어 있다. 그리고, 금속 증착 전극이 유전체 필름을 사이에 두고 대향하는 상태로 돌려 감아진 형태로 구성될 수 있다. The metallized film is formed by providing a metal deposition electrode on one or both surfaces of a dielectric film made of polypropylene. In addition, the metal deposition electrode may be configured to be wound in a state opposite to the dielectric film therebetween.
상기 양단면에 형성된 전극은 P극 전극과 N극 전극의 한 쌍의 취출된 형태의 전극으로서 구성될 수 있다.The electrodes formed on both end surfaces may be configured as a pair of extracted electrodes of a P-pole electrode and an N-pole electrode.
본 실시 예에서는 총 8개의 필름 커패시터 단위 셀(110)을 2개씩 1조로 구성하여 하나의 필름 커패시터 모듈로 구성되며, 따라서, 4개의 필름 커패시터 모듈이 예시된다. 물론 본 발명이 총 8개의 필름 커패시터 단위 셀(110)로 이루어진 구조로 한정되는 것은 아니며 다양하게 변경 실시될 수 있다. In this embodiment, a total of eight film
총 8개의 필름 커패시터 단위 셀(110)을 사이에 두고, 각 단위 셀(110)의 상측에는 P극 버스바(120)가 전기적으로 체결되며, 각 단위 셀(110)의 하측에는 N극 버스바(130)가 체결된다. A total of eight film
상기 P극 버스바(120)는 플레이트 형상을 가지며, 동합금 재질의 전도체일 수 있으며, P극 버스바(120)의 일단에는 외부 접속용 P극 단자부(120A)가 형성된다. 8개의 필름 커패시터 단위 셀(110)이 밀착되게 나열된 상태에서, 상기 P극 버스바(120)는 각 단위 셀(110)의 한쪽 단면에 형성된 P극 전극과 각각 전기적으로 체결된다. The P-
상기 N극 버스바(130) 또한 플레이트 형상을 가지며, 동합금 재질의 전도체일 수 있으며, N극 버스바(130)의 일단에는 외부 접속용 N극 단자부(130A)가 형성된다. 8개의 단위 셀(110)이 밀착되게 나열된 상태에서, 상기 N극 버스바(120)는 각 단위 셀(110)의 한쪽 단면에 형성된 N극 전극과 각각 전기적으로 체결된다.The N-
이와 같이, 8개의 필름 커패시터 단위 셀(110)을 사이에 두고, 각 단위 셀(110)의 상측 및 하측에는 각각 전기적으로 체결된 P극 버스바(120)와 N극 버스바(130)에 의해 8개의 필름 커패시터 단위 셀(110)은 병렬적으로 접속될 수 있다.In this way, with the eight film
상기와 같은 구조는 필름 커패시터 단위셀의 상면 및 하면에 P극 버스바와 N극 버스바가 각각 전기적으로 체결되는 구조로 고정되기 때문에, 별도의 플라스틱이나 종래와 같이, 금속 소재의 케이스나 이 케이스 내부 공간에 에폭시를 충진해야 하는 에폭시 충진 공정을 생략할 수 있다.Since the structure as described above is fixed in a structure in which the P-pole bus bar and the N-pole bus bar are electrically fastened to the upper and lower surfaces of the film capacitor unit cell, respectively, as in a separate plastic or conventional case, a metal case or the inner space of the case It is possible to omit the epoxy filling process in which the epoxy needs to be filled.
한편, 상기와 같은 구조는 필름 커패시터 단위 셀(110)이 외부에 노출되어 주위 온도나 발열에 취약한 특징을 가지고 있으므로, 본 발명의 일 실시 예에서는, P극 버스바(120)와 N극 버스바(130) 상에 각각 히트 싱크를 체결하여, 필름 커패시터 단위 셀(110)에서 발생하는 열을 외부로 쉽게 방출 할 수 있게 한다. On the other hand, in the above structure, since the film
구체적으로, 상기 P극 버스바(120) 상에는 상측 절연지(140-1)를 사이에 두고, 상측 히트 싱크(150-1)가 형성되고, 상기 N극 버스바(130) 상에는 하측 절연지(140-2)를 사이에 두고, 하측 히트 싱크(150-2)가 형성된다. 즉, 상기 P극 버스바(120)와 상기 N극 버스바(130)가 다수의 필름 커패시터 단위 셀에서 발생한 열을 각각 상기 상측 히트 싱크(150-1)와 상기 하측 히트 싱크(150-2)로 전달하는 역할을 수행하게 된다.Specifically, an upper heat sink 150-1 is formed on the P-
이렇게 함으로써, 필름 커패시터 단위 셀(110)에서 발생하는 열을 외부로 쉽게 방출 할 수 있고, 또한 P극 버스바(120)와 N극 버스바(130)에서 상기 열을 직접 전달받아(실제로는 절연지를 통해 전달받음) 외부로 방출하므로 더욱 우수한 냉각 성능을 가질 수 있게 된다.By doing this, the heat generated in the film
이상 설명한 바와 같이, 차량용 인버터의 필름 커패시터 모듈에서는, 외부로 열을 방출할 수 있는 별도의 금속 소재의 케이스 없이도 플레이트 형상의 버스바(120, 130)가 히트 싱크에 직접 연결되어 유로부에 흐르는 냉각수를 통한 신속한 열 방출이 이루어지게 되어 냉각성능을 극대화할 수 있게 된다.As described above, in the film capacitor module of the vehicle inverter, the plate-
따라서, 필름 커패시터 모듈의 냉각 성능을 극대화하여 인버터의 고주파 리플 전류에 의한 필름 커패시터의 온도 상승을 효과적으로 억제할 수 있게 되고, 이에 필름 커패시터 모듈의 수명 연장 및 인버터의 안정적인 성능 확보가 가능해진다.Accordingly, it is possible to effectively suppress the temperature rise of the film capacitor due to the high-frequency ripple current of the inverter by maximizing the cooling performance of the film capacitor module, thereby extending the life of the film capacitor module and securing stable performance of the inverter.
또한 에폭시 충진 및 별도의 케이스가 필요하지 않은 구조로 부피와 중량을 감소할 수 있으며, 방열 성능 향상으로 필름 커패시터 단위 셀의 크기를 줄일 수 있게 된다.In addition, it is possible to reduce the volume and weight with a structure that does not require epoxy filling and a separate case, and it is possible to reduce the size of the film capacitor unit cell by improving heat dissipation performance.
이상에서와 같이 본 발명의 필름 커패시터 모듈은 상기한 바와 같이 설명된 실시 예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 실시 예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시 예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.As described above, in the film capacitor module of the present invention, the configuration and method of the described embodiments are not limitedly applicable, but all or part of each embodiment is selective so that various modifications can be made to the embodiments. It may be configured in combination with .
Claims (5)
한 쌍의 금속화 필름이 감겨진 형태에서, 양단면에 P극 전극과 N극 전극이 형성된 다수의 필름 커패시터 단위 셀;
상기 다수의 필름 커패시터 단위 셀의 한쪽 단면에 형성된 상기 P극 전극에 체결되는 플레이트 형상의 P극 버스바;
상기 P극 버스바의 상부 전면을 커버하는 플레이트 형상의 상측 절연지;
상기 다수의 필름 커패시터 단위 셀의 다른 쪽 단면에 형성된 상기 N극 전극에 체결되는 플레이트 형상의 N극 버스바;
상기 N극 버스바의 상부 전면을 커버하는 플레이트 형상의 하측 절연지;
상기 상측 절연지의 상부 전면을 커버하는 상측 히트 싱크; 및
상기 하측 절연지의 상부 전면을 커버하는 하측 히트 싱크;를 포함하고,
상기 다수의 필름 커패시터 단위 셀은,
그 측면이 외부에 노출되는 구조로서,
상부 및 하부 상에 상기 상측 절연지, 상기 상측 히트 싱크, 상기 하측 절연지 및 상기 하측 히트 싱크를 형성하여 상기 측면이 외부에 노출되는 구조인 필름 커패시터 모듈.
In the film capacitor module used as a DC-link capacitor in a vehicle inverter,
In the form in which a pair of metallized films are wound, a plurality of film capacitor unit cells having a P-pole electrode and an N-pole electrode formed on both end surfaces;
a plate-shaped P-pole bus bar coupled to the P-pole electrode formed on one end surface of the plurality of film capacitor unit cells;
a plate-shaped upper insulating paper covering the upper front surface of the P-pole bus bar;
a plate-shaped N-pole bus bar coupled to the N-pole electrode formed on the other end surface of the plurality of film capacitor unit cells;
a plate-shaped lower insulating paper covering the upper front surface of the N-pole bus bar;
an upper heat sink covering the upper front surface of the upper insulating paper; and
Including; a lower heat sink covering the upper front surface of the lower insulating paper;
The plurality of film capacitor unit cells,
As a structure in which the side surface is exposed to the outside,
The film capacitor module having a structure in which the upper insulating paper, the upper heat sink, the lower insulating paper, and the lower heat sink are formed on upper and lower portions to expose the side surface to the outside.
다수의 필름 커패시터 단위 셀에서 발생한 열을 상기 상측 히트 싱크와 상기 하측 히트 싱크로 각각 전달하는 역할을 수행함을 특징으로 하는 필름 커패시터 모듈.
According to claim 1, wherein each of the P-pole bus bar and the N-pole bus bar,
A film capacitor module, characterized in that it serves to transfer heat generated in the plurality of film capacitor unit cells to the upper heat sink and the lower heat sink, respectively.
외부 접속용 P극 단자부가 형성되고,
상기 N극 버스바의 일단에는,
외부 접속용 N극 단자부가 형성됨을 특징으로 하는 필름 커패시터 모듈.According to claim 1, At one end of the P-pole bus bar,
A P-pole terminal part for external connection is formed,
At one end of the N-pole bus bar,
Film capacitor module, characterized in that the N-pole terminal for external connection is formed.
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