WO2022151899A1 - 一种铝电解电容器集成模块 - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a novel packaged aluminum electrolytic capacitor structural form, namely an aluminum electrolytic capacitor module, in particular to the integration and modularization of discrete aluminum electrolytic capacitors, the use of radiators for heat dissipation, the use of temperature sensors to monitor the internal temperature rise of the capacitor module, and the integration of Y capacitors.
  • Optimize the EMC performance of the power supply device so that it can improve the performance and reliability in the application of power electronic devices such as switching power supplies, inverters or frequency converters.
  • the radiator of the power supply device used by the capacitor mainly provides heat dissipation for the IGBT/MOSFET power semiconductor devices, and other passive components including aluminum electrolytic capacitors are dissipated by the "direct ventilation" method of the fan.
  • other passive components including aluminum electrolytic capacitors are dissipated by the "direct ventilation" method of the fan.
  • "Direct ventilation" is adopted for cooling and heat dissipation; especially as the power density of power supply equipment continues to increase, the requirements for heat dissipation of aluminum electrolytic capacitors used in main circuit bus filter applications are also increasing.
  • the aluminum electrolytic capacitor module also needs to be provided with an internal pressure release guarantee mechanism.
  • the positive and negative conductive copper bars of the busbar need to be as close as possible to reduce the inductance, so there is a high manufacturing process difficulty;
  • the high scrap rate in the manufacturing process poses a greater risk of electric shock safety to test workers; and the product has a high failure rate during use, so it is necessary to adopt a new product design to avoid the above problems and improve the quality.
  • the internal integration structure of the aluminum electrolytic capacitor module is complex, the manufacturing process is difficult, and the risk of technical failure is high.
  • the overall independent bus bar terminal board can be adaptively changed in shape according to the structural shape of the aluminum electrolytic capacitor module and the installation position, angle, and distance of the electrical connection terminals.
  • the insulating casing is used to insulate the multiple assembly units formed by the aluminum electrolytic capacitor and the metal heat-conducting member base, and a series or multi-stage series-parallel structure circuit is formed by electrically connecting the bus bars.
  • the insulating casing needs to be provided with a corresponding independent air cavity. And the pressure release mechanism formed by the release outlet to avoid the leakage of the electrolyte with the negative voltage caused by the failure of the aluminum electrolytic capacitor unit and cause the short circuit between the upper and lower series of aluminum electrolytic capacitor units.
  • the radiator can be a radiator of any structure, shape and type;
  • auxiliary radiator can be an integral part of the power supply housing, and the outer part of the housing is provided with heat dissipation fins, and the inner side and the capacitor module are isolated and assembled by the thermal insulation sheet;
  • the auxiliary radiator is used to reduce the temperature rise and combined with the secondary sealing of the capacitor unit, which breaks the upper limit of the normal design working life of aluminum electrolytic capacitors of 15 years, so it can be With long life, such as the application requirements of outdoor string photovoltaic inverters with a life of 25 years; the production of aluminum electrolytic capacitor modules has greatly promoted the development of aluminum electrolytic capacitor applications.
  • the aluminum electrolytic capacitor module can provide high temperature work protection monitoring and working life temperature prediction for the aluminum electrolytic capacitor module by integrating the temperature sensor;
  • the heat loss is dissipated to the outside of the airtight shell; effectively reduces the temperature rise and heat accumulation inside the power shell; reduces the failure rate of the power supply; prolongs the working life of the capacitor module; and ensures that the power supply has high-level protection against dust and moisture;
  • the aluminum electrolytic capacitor module integrates the Y capacitor, which effectively solves the problem that the high-order harmonics existing on the power DC bus cause the electrolyte inside the aluminum electrolytic capacitor to convert the negative electrode foil into reverse pulse current, so as to avoid premature aging and failure of the aluminum electrolytic capacitor; at the same time, Y
  • the capacitor can effectively suppress the common mode interference of the power electronic device, and improve the EMC reliability of the power electronic device system of the whole machine.
  • FIG. 1 Schematic diagram of nested structure assembly of aluminum electrolytic capacitor monomer and metal thermally conductive base member
  • Figure 8 is a schematic diagram of installing an NTC temperature sensor module
  • the positive and negative lead terminals 11 of the discrete aluminum electrolytic capacitor unit 1 pass through the positive and negative lead through holes 313 on the bottom plate 31 of the injection molded case, and are welded and electrically connected to the positive bus bar 32 and the negative bus bar 34; the bottom plate 31 of the injection molded case corresponds to metal thermal conductivity
  • the NTC temperature sensor bayonet 25 and the Y capacitor combination module bayonet 26 on the base member 2 are installed at the position of the guide hole 24.
  • the capacitor combination modules 6 are respectively placed therebetween, and after assembly, they become an integral aluminum electrolytic capacitor module. (Figure 2, Figure 3)
  • the main radiator 9 and the auxiliary radiator 8 are installed in isolation from each other to prevent the high temperature generated by the IGBT module on the main radiator 9 from being dissipated by the auxiliary (sub) radiator 8, which will bring high temperature influence to the capacitor module. ( Figure 10)
  • the aluminum electrolytic capacitor module with integrated Y capacitor is composed of multiple aluminum electrolytic capacitors 1 and two series Y capacitors 611 in parallel.
  • the two series Y capacitors 611 are connected across the positive conductive copper bar 32 and the negative conductive copper bar 34. Between the two series Y capacitors 611, a ground wire 65 is drawn out. (The circuit structure is shown in Figure 11)

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Abstract

一种铝电解电容器集成模块，由分立铝电解电容器单体集成的模块型铝电解电容器借助绝缘导热垫片对外集中绝缘导热，因此可以利用散热器高效冷却降温；对分立铝电解电容器封口二次密封，使模块电容器工作寿命突破传统分立铝电解电容器15年工作寿命上限；加装温度传感器使用户实时监测模块电容器内部温升和工作寿命；加装Y电容模组解决功率直流母线上高次谐波导致的电容器电解液对负极箔进行反向脉冲电流化成问题；同时对共模干扰进行有效抑制，提高整机系统EMC可靠性；集成以上各项技术的模块型铝电解电容器应用在电力电子装置中，具有散热低温升、长寿命和抑制EMI噪声等等多方面技术优势。

Description

一种铝电解电容器集成模块 技术领域：
本发明涉及一种新型封装铝电解电容器结构形式即铝电解电容器模块，具体涉及到分立铝电解电容器通过集成模块化，通过采用散热器进行散热，使用温度传感器监测电容器模块内部温升，集成Y电容优化电源装置EMC性能等，使其在开关电源、逆变器或变频器等电力电子装置的应用中提高了性能及可靠性。
背景技术：
开关电源、逆变器或变频器等电力电子装置依靠IGBT/MOSFET半导体器件的开关来调整输出的电压和频率，可以根据负载实际需要提供其所需要的电源电压进而达到节能和控制的目的，为平衡抑制母线电压波动，需要采用大容量铝电解电容器进行滤波平稳电压。
通常铝电解电容器都是分立结构封装，包括引线、焊片、螺栓等引出方式的产品，用户要进行串并联组合，组合各项性能参数，适应电压、纹波电流以及补正频率、温度系数等指标，组成电容器组应用于产业设备及各类电子产品中。
铝电解电容器工作寿命由中心热点温度决定，热点温度越高寿命越短，一般情况下热点温度每下降5-10℃，铝电解电容器工作寿命延长一倍。
一般铝电解电容器制造厂商采用置入K型或J型热电偶测试内部工作温度，铝电解电容器用户则采用表贴NTC或PTC热敏电阻方式测试工作温度，通过检测温升用于电容器工作寿命预测和高温保护监测。
采用分立铝电解电容器情况下，对所有铝电解电容器全部进行温度监测，过于复杂和成本高昂，所以只能选取电容器组中位置靠近中心热点的某支铝电解电容器进行抽样监测。抽样监测有时温度数据结果与铝电解电容器实际误差较大，特别是当所抽样监测的铝电解电容器出现品质故障时，数据结果完全不能反映铝电解电容器组的真实工作温升。
铝电解电容器的寿命会因使用条件而受到很大的影响，作为环境条件包括温度、湿度、气压、震动等，电气条件有电压、纹波电流、充放电等，在功率母线滤波应用中，温度和纹波电流所产生的发热是决定电容器工作寿命的重要因素，其主要是受电解液通过封口部向外蒸发现象的影响，表现为静电容量减少、损失角正切值增大。
因为电解液的蒸发和电容器封口密封橡胶材料老化的原因，通常铝电解电容器工作寿命的推定上限为15年。
电容器应用的电源装置散热器主要是为IGBT/MOSFET功率半导体器件提供散热的，其他被动元件包括铝电解电容器是借助风扇的“直通风”方式进行散热。但特殊应用环境下，如户外IP65以上高防护等级的组串式光伏逆变器、充电桩模块电源等，由于防护壳体需要防尘防水内外封闭，限制了空气流通，所以被动元器件无法继续采用“直通风”方式冷却散热；特别是随着电源设备功率密度不断提高，主回路母线滤波应用的铝电解电容器对散热要求也日益加强，但是由于IGBT/MOSFET器件功率损耗大和工作散热温度高，电源配置的散热器无法为功率半导体和电容器同时散热，因此铝电解电容器对IP65以上防护等级密闭壳体外的散热成为工程师需要解决的问题。
因为电力电子装置普遍采用脉冲调制技术(PWM)，会在输出端叠加高次谐波，这些高次谐波会在输出端产生差模干扰，从差模电流传播途径来看，主要在输入侧直流母线正负极以及交流线缆上传播；在IGBT/MOSFET管导通或关断的瞬间，会产生很高的Du/Dt，通过回路中开关器件，金属引线、散热片、外壳等对地的寄生电容进行不断地充放电，产生共模电流，以上差模电流和共模电流都会产生辐射干扰；功率直流母线上存在的高次谐波，铝电解电容器自身无法有效平滑吸收或滤除，会导致铝电解电容器内部电解液对负极箔进行反向脉冲电流化成，进而产生大量气体和热量使电容器提前老化失效。
同时电力电子装置中动力导线产生很强的辐射，形成高效的辐射天线；电力电子整机系统工作时差模电流形成的环路会形成环天线，向外辐射电磁干扰；电力电子装置一般采用金属外壳进行电磁屏蔽，当屏蔽外壳存在缝隙会形成缝隙天线，向外辐射电磁干扰；大量的辐射噪声干扰信号，不仅会影响电力电子装置周围的无线电设备，还会通过传导或辐射的方式影响电力电子装置的电子控制单元工作可靠性，特别是高压大功率电力电子装置系统中对电磁敏感度高的电子控制单元，由此引发的电磁兼容EMC问题尤为突出，通常安规电容用于防止电击及保护人身安全，X电容用于抑制电路差模干扰，Y电容用于抑制电路共模干扰。
将分立铝电解电容器集成为独立整体的铝电解电容器模块可以优化电性能，如专利202011082745.9或者202011082897.9载明的由小型铝电解电容器集成模块产品，在纹波电流能力、高频特性等电性能方面都得到了极大改善提高。
由于铝电解电容器表面铝壳带有负极电压，在铝电解电容器模块集成中需要处理好铝电解电容器单体与金属导热基体构件之间的绝缘，而且铝电解电容器具有特殊的压力释放故障模式，所以铝电解电容器模块也需要设置内部压力释放保障机构。
通常分立铝电解电容器由铝壳外部PVC或PET绝缘套管保证绝缘，铝电解电容器模块内部分立铝电解电容器与金属导热基体构件之间可以采用导热硅胶材料绝缘，为提高绝缘可靠 性需要采用尽量厚的导热硅胶材料隔离；而为提高电容器模块散热性能，则需要尽量降低内部分立铝电解电容器单体与金属导热基体构件之间的热阻，需要减小导热硅胶材料厚度；把电容器模块的可靠性和优化电性能做好适当平衡取舍，无疑增加了技术难度；为优化铝电解电容器模块电性能而采用成本更高的高导热率导热灌封硅胶，则会提高电容器模块成本。
在制造铝电解电容器模块产品过程中，需要将所有分立型铝电解电容器的正极、负极引线或焊片端子与母线正极导电铜排和负极导电铜排进行焊接，同时母线正、负极导电铜排之间需要做好绝缘保证安全，由于小型铝电解电容器正负极之间距离较近，母线正、负极导电铜排之间为降低电感也需要尽量贴近，所以存在较高的制造工艺难度；现场实际制造过程中报废率高，对测试工人存在较大的电击安全风险；而产品在使用中故障率高等等问题，因此需要采用新型的产品设计来避免以上问题，提高质量。
由于存在以上各项特殊条件的限制，导致铝电解电容器模块内部集成结构复杂，制造工艺难度大，技术故障风险高等等限制条件问题。
发明内容：
本发明提供一种集中绝缘式铝电解电容器模块设计方案，其结构和制造工艺简单；通过母线端子板整体注塑或粘接设计，安全性得到提高；特别是对电解电容器封口位置做二次密封，可以延长铝电解电容器工作寿命；还可以设置温度传感器间接监测分立铝电解电容器平均工作温升预测工作寿命；以及内部集成Y电容，有优化整机电源设备的EMC性能；并解决了铝电解电容器模块在IP65以上防护等级电源设备内部散热安装等设计和应用问题。
具体方案如下：
一种集中绝缘式铝电解电容器模块，包括导热绝缘片、分立铝电解电容器单体、金属导热基体构件和绝缘外壳及其组成的内部压力释放机构空气腔体，所述电容器模块由分立铝电解电容器和金属导热基体构件之间紧密装配构成，所述铝电解电容器模块采用导热绝缘片安装集中对外绝缘散热。
其中，分立式铝电解电容器和金属导热基体构件之间紧密无绝缘装配，所述的铝电解电容器和金属导热基体构件可以构成多个装配体单元，通过电连接母线排，构成串联或多级串并联结构电路；
进一步的，铝电解电容器铝壳表面与金属导热基体构件之间尽量增大接触面积，有利于散热降低热阻；
具体的，铝电解电容器与金属导热构件基体可以采用巢孔结构方式，将铝电解电容器铝壳圆周表面全部置于金属导热构件基体的圆孔内，实现面积最大化；
进一步的，铝电解电容器铝壳表面与金属导热构件基体之间装配尽量紧密，同样有利于降低热阻，提高导热效率；
具体的，铝电解电容器铝壳表面与金属导热构件基体之间可以部分焊接方式，或者采用过盈装配等方式使装配更加紧密。
进一步的，为降低装配工艺难度，可以将金属导热构件基体的装配孔和铝电解电容器铝壳设计成相同锥度，安装时将铝电解电容器从金属导热构件基体装配孔大口一侧装入并压紧；
进一步的，铝电解电容器与金属导热构件基体采用巢孔结构方式装配，可以采用密封材料如环氧树脂等对金属导热构件基体巢孔内侧的电容器封口引出电极位置做二次密封，使铝电解电容器的封口密封性加强，延长电容器工作寿命；
进一步的，金属导热基体构件可以设置温度传感器，温度传感器绝缘表贴或置入金属导热基体构件内部；
具体的，金属导热基体构件与分立铝电解电容器单体通过紧密表贴方式，吸收电容器损耗热量使二者达到热平衡，温度传感器通过金属导热基体构件间接监测所有分立铝电解电容器单体的平均工作温升；
进一步的，电连接母线排可以是导电铜排和注塑体整体注塑或粘接一体设计制造，由注塑体包覆和内部隔离绝缘成为整体独立的母线端子板；
具体的，在独立整体的母线端子板上，分立式铝电解电容器正负极引线或焊片与导电铜排焊接位置，以及铝电解电容器模块对外电连接端子位置注塑体避空；
具体的，在多级串、并联电路结构的整体独立母线端子板上可以设置均压电阻或其他电路必要元器件的焊接位注塑避空；
具体的，整体独立的母线端子板可以根据铝电解电容器模块结构外形和电连接端子安装位置、角度、距离等等做适应性形状变化。
其中，所述金属导热基体构件带有负极电，构件基体的一个结构面作为铝电解电容器模块的安装面通过导热绝缘片进行集中绝缘散热
进一步的，作为铝电解电容器模块安装面的金属导热构件基体的结构面在方便安装的情况下，面积尽量最大化有利于提高导热散热效率；
进一步的，绝缘导热片应尽量选用导热率更高、厚度更薄的绝缘导热陶瓷或硅胶材料，有利于电容器模块提高导热效率。
其中，所述的绝缘外壳将铝电解电容器和金属导热构件基体的装配体包覆安全绝缘，并形成空气腔体及设置压力释放出口构成模块内部压力释放机构。
进一步的，空气腔体和压力释放出口在分立铝电解电容器单体由于故障开启压力释放机构，空气腔体可以避免带有负极电的电解液泄露引起的铝电解电容器模块短路；
具体的，绝缘外壳对应铝电解电容器和金属导热构件基体构成的多个装配体单元间做绝缘，通过电连接母线排构成串联或多级串并联结构电路，绝缘外壳内需设置对应的独立空气腔体及释放出口构成的压力释放机构，避免铝电解电容器单体故障带有负极电压的电解液泄露引起上下串的铝电解电容器单元间短路。
其中，所述的铝电解电容器模块还包括附属散热器，散热器通过导热绝缘片隔离安装到电容器模块安装面上；
具体的，散热器可以是任意结构形状种类的散热器；
具体的，散热器可以采用螺钉紧固或弹片压紧等方式与电容器模块进行装配；
进一步的，散热器可以是电源装置中与主散热器并存的副散热器，分别为功率半导体器件和电容器模块提供散热；
进一步的，副散热器可以为电源壳体的组成部分，其壳体外侧部分设置散热翅片，内侧与电容器模块通过导热绝缘片隔离装配；
具体的，电源的金属外壳在可以作为副散热器使用；
具体的，所述副散热器作为电源散热器的一部分，可与电源主散热器并列设置，也可以设置于电源侧面和正面壳体的任意面上；
具体的，铝电解电容器模块与副散热器装配紧固螺钉或者弹片与电容器模块金属导热基体构件之间做好绝缘隔离。
其中，所述的铝电解电容器模块的电连接端子与功率主板或导电铜排电连接；
进一步的，电连接引出端子可以根据安装具体情况，变换长度、位置、形状适应电连接端子的安装需要；
具体的，电连接端子可以采用焊针焊接或铜片螺钉紧固等方式与功率主板或导电铜排做电连接；
其中，所述的铝电解电容器模块可以集成Y电容，用于防止铝电解电容器负极铝箔极化，提高铝电解电容器使用寿命和可靠性，同时帮助改善电力电子整机系统的EMI电磁干扰提高EMC可靠性；
具体的，分立铝电解电容器单体正负极和母线端子板正负极导电铜排对应电连接，Y电容有正极导电铜排地线和负极导电铜排地线两种电连接，Y电容和铝电解电容器在正负极导电铜排上构成电路并联结构；
具体的，Y电容可以设置在母线端子板上，也可以设置在金属导热基体构件内部，地线端子可以设置在母线端子板上，也可以设置在绝缘外壳上；
依据上述实施方案的铝电解电容器模块可以采用散热器包括水冷散热器，打破了传统铝电解电容器必须风冷散热的局限，并且可以设计主动散热功率，因此可以配合目前风电变流器或光伏逆变器等采用液冷却方式散热的技术需求；对IP65以上密闭防护应用，借助附属散热器降低温升并结合电容器单体二次密封，突破了通常铝电解电容器设计工作寿命15年的上限，因此可以配合长寿命，例如户外组串式光伏逆变器25年寿命的应用需求；铝电解电容器模块的产生极大推动了铝电解电容器应用的发展。
相比采用灌封导热硅胶方式的铝电解电容器模块，本方案取消了分立铝电解电容器的低导热率绝缘导热灌封硅胶的分散绝缘设计，利用更高导热率的导热绝缘片做集中绝缘散热，使电容器模块的散热效率得到提高，电性能得到优化，特别是简化了电容器模块的制造工艺，提高了制造效率；母线端子板的整体设计提高了铝电解电容器模块产品的使用安全和绝缘可靠性，减少了结构零件数量，降低了材料和工艺成本；简化了铝电解电容器模块的制造工艺，缩短了制造工时，提高了经济效益；避免了产品制造过程中不良品的出现，因此降低了产品的批量制造成本；铝电解电容器模块通过集成温度传感器件可以为铝电解电容器模块提供高温工作保护监测和工作寿命温度预测；电源装置通过设置副散热器对电容器模块进行集中绝 缘对外散热方式，将功率母线电容器的损耗热量散发到密闭壳体外部；有效减少电源壳体内部温升热量聚集；降低了电源工作故障率；延长了电容器模块的工作寿命；并且保证了电源具有防尘防潮的高等级防护；通过铝电解电容器模块集成Y电容，有效解决了功率直流母线上存在的高次谐波导致铝电解电容器内部电解液对负极箔进行反向脉冲电流化成的问题，避免铝电解电容器提前老化失效；同时Y电容对电力电子装置的共模干扰进行有效抑制，提高了整机电力电子装置系统的EMC可靠性。
附图说明：
下面将参考附图给出本发明的上述及其他特征；
图1铝电解电容器单体与金属导热基体构件巢式结构装配示意图；
图2铝电解电容器模块组装结构示意图；
图3内部压力释放机构空气腔体组合结构图；
图4铝电解电容器单体二次封口示意图；
图5母线端子板组合结构示意图；
图6整体注塑式母线端子板外形图；
图7 NTC温度传感器模块组合外形图；
图8安装NTC温度传感器模块的示意图；
图9铝电解电容器模块集中绝缘散热安装示意图；
图10电容器模块在电源装置内部装配外置散热器示意图；
图11电容器模块配置Y电容电路结构图；
图12 Y电容组合模块外形图；
图13电容器模块内部安装Y电容组合模块的示意图；
附图中数字代表如下：
1—铝电解电容器单体
11—铝电解电容器单体电连接引线端子
2—金属导热基体构件
21—铝电解电容器单体安装巢孔
22—电容器模块绝缘散热安装面
23—附属散热器装配螺钉孔
24—外壳装配引导孔
25—NTC温度传感器卡口
26—Y电容组合模块卡口
27—密封材料平层 28—密封材料空间
3—组合式母线端子板
31—注塑壳底板
311—NTC温度传感器卡座
312—Y电容组合模块卡座
313—单体电容器正负极引线通孔
32—正极母线排
321—电容器模块正极端子
322—单体电容器正极引线焊接孔
323—单体电容器负极引线通孔
33—正负极母线排绝缘板
331—单体电容器正负极引线通孔
34—负极母线排
341—电容器模块负极端子
342—单体电容器负极引线焊接孔
343—单体电容器正极引线通孔
35—注塑壳盖板
36—电容器模块标签贴纸
37—整体式母线端子板
371—绝缘注塑体
372—电容器正负极引线焊接避空位
4—绝缘外壳
41—压力释放口
42—外壳安装导柱
43—压力释放腔体密封筋条
44—压力释放腔体支柱
45—电容器模块正负极端子安装底座
46—NTC温度传感器接线槽口
47—Y电容组合模块接线端子槽口
48—安装螺钉通孔
49—螺钉孔法兰面绝缘套
5—NTC温度传感器封装模块
51—NTC温度传感器芯片封装探头
52—连接器端子
6—Y电容组合模块
61—Y电容电路连接封装模组
611—Y电容单体
62—地线端子底座
63—Y电容组正极引线
64—Y电容组负极引线
65—地线
7—绝缘导热安装垫片
71—安装螺钉通孔
8—附属(副)散热器
81—散热器翅片
82—电容器模块螺钉安装孔
83—绝缘安装法兰垫片
9—主散热器
91—主散热器外置翅片
92—IGBT模块
93—电源防护外壳
94—附属散热器安装孔
具体实施方式：
下面通过具体实施方式结合附图对本发明做进一步详细说明。
在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本发明被更好地理解，然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以由其他材料、方法所替代或省略。在某些情况下，相关的一些操作没有在说明书中显示或描述，是为了避免本发明申请核心部分被过多描述所淹没，对本领域技术人员而言，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
以下为优选实施例：
无绝缘套管的分立铝电解电容器单体1分别置入金属导热基体构件2的巢孔21内，为使散热效率最大化，采用过盈装配方式使巢孔21圆周面与铝电解电容器1的铝壳表面紧密装配。
金属导热基体构件2下侧作为铝电解电容器模块安装面22，在铝电解电容器模块安装面22上分布有附属散热器8安装螺钉孔23，金属导热基体构件2两侧设置有绝缘外壳4的安装导孔24，在后侧压力释放机构空气腔体一侧，导孔24用于与绝缘外壳4的安装导柱42配合装配，在前侧即母线端子板3一侧，分别设置为NTC温度传感器卡口25和Y电容组合模块卡口26。(如图1)
绝缘外壳4从后部将分立铝电解电容器1和金属导热基体构件2的装配体进行整体包覆绝缘，在金属导热基体构件2后端和分立铝电解电容器1的顶端压力释放口一侧，绝缘外壳4与金属导热基体构件2端面之间设有空气流通的压力释放空气腔体，以及对应在绝缘外壳4上设置有压力释放空气出口41，绝缘外壳4通过内部两侧安装导柱42与金属导热基体构件2两侧设置的安装导孔24卯榫式装配。(如图2)
绝缘外壳4与金属导热基体构件2构成的压力释放空气腔体采用对接密封设计，即绝缘外壳4对应金属导热基体构件2端面位置设置密封筋条43和压力释放腔体支柱44，与端面 通过密封材料如密封胶等实现密封腔体，可以避免铝电解电容器单体1故障时带有负极电的电解液泄露引起对外部短路。(如图3)
分立铝电解电容器单体1的正负极引线端子11穿过注塑壳底板31上的正负极引线通孔313与正极母线排32和负极母线排34焊接电连接；注塑壳底板31对应金属导热基体构件2上安装导孔24位置上的NTC温度传感器卡口25和Y电容组合模块卡口26，分别有NTC温度传感器卡座311和Y电容组合模块卡座312，将NTC温度传感器5和Y电容组合模块6分别置入其间，组装后成为整体的铝电解电容器模块。(如图2、图3)
为保证分立铝电解电容器单体1的正负极引线端子11与金属导热基体构件2之间更好的绝缘性能，以及对铝电解电容器单体1的橡胶封口位置进行更好的密封，在分立铝电解电容器单体1正负极引线端子11侧的封口橡胶上侧和金属导热基体构件2上铝电解电容器单体安装巢孔21内侧的空间内，注入环氧树脂材料形成密封的平层结构，保证铝电解电容器有更好绝缘可靠性和更长的密封保证期。(如图4)
如上所述的组合式母线端子板3，首先负极母排34放入注塑壳底板31内，其次绝缘纸33放入注塑壳底板31内，再次正极母排32放入注塑壳底板31内，分别与分立铝电解电容器1对应的正负极引线11进行焊接方式电连接，保证彼此之间的绝缘，形成完整的叠层母排结构，最后外侧注塑上盖板35放入注塑壳底板31内保证对外绝缘，最外侧为标注电容器模块规格型号等性能参数的产品标签纸36，粘接在注塑上盖板35外侧，以上构成组合式铝电解电容器模块母线端子板。(如图5)
整体注塑母线端子板37的正极母线排32和负极母线排34做好限位放入塑胶模具内，注塑设备一次性注塑完成注塑壳底板31、正负极母线排绝缘板33和注塑上盖板35整体性的制作，为使分立铝电解电容器1的引线11分别与对应正极母线母线32和负极母线排34进行焊接方式电连接，注塑体的焊接位做避空，母线端子板37的注塑体保证内部正极母线32和负极母线排34之间可靠绝缘，同时铝电解电容器模块正极引出端子321、负极引出端子341同样避空与外部做电连接；注塑体的避空焊接位置为保证绝缘安全，采用绝缘性能更好的电容器模块标签贴纸36进行粘贴覆盖。(如图6)
NTC温度传感器封装模块5分为温度传感器封装探头51和端子连接器52两个部分，探头可以采用环氧、金属、玻璃、薄膜等等材料进行封装并绝缘。(如图7)
NTC温度传感器封装模块5置入母线端子板3的NTC温度传感器封装模块卡座311内，装配母线端子板3同时将NTC温度传感器封装模块5连接器52部分卡入金属导热基体构件2的NTC温度传感器卡口25内，将温度传感器封装探头51置入金属导热基体构件2的外壳装配引导孔24内，为使装配牢固，可以在引导孔24内温度传感器探头51的外侧采用胶粘或弹片加持等方式进行固定。(如图8)
金属导热基体构件2其中一个结构面作为电容器模块绝缘安装面22，其上分布有螺钉安装孔23，用于与附属散热器8进行固定装配；导热绝缘垫片7设置在电容器模块安装面22和附属散热器8之间提供绝缘导热；绝缘安装法兰垫片83使安装螺钉与金属导热基体构件2之间保证绝缘。(如图9)
附属散热器8上叠放导热绝缘片7和铝电解电容器模块，安装螺钉穿过绝缘安装法兰垫片83和铝电解电容器模块安装螺钉孔23、和导热绝缘片螺钉孔71，与附属散热器8旋紧固定装配，使铝电解电容器模块金属导热基体构件2与附属散热器8之间绝缘，利用导热绝缘片7实现铝电解电容器模块更高的导热、散热效果。(如图9)
电容器模组上部引出电连接正极端子321和负极端子341，端子可以根据具体情况变换位置、形状适应电连接的安装需要。(如图9)
电源防护壳体93的背(后)部设置有主散热器9，其外侧设置有主散热器翅片91，其内侧用于安装IGBT模块92，在主散热器上侧面、防护壳体93上面设置附属散热器安装孔94，用于装配附属散热器8，其外侧设置散热翅片81，其内侧平面安装电容器模块。(如图10)
主散热器9和附属散热器8为相互隔离安装，防止主散热器9上IGBT模块产生的高温通过附属(副)散热器8进行散热，给电容器模块带来高温影响。(如图10)
副散热器8作为电源防护壳体93的一个局部，对电源内部起防护作用，其外侧散热翅片81置于电源壳体93外侧低温环境下，其内侧为内部高温环境。(如图10)
副散热器8整体位于主散热器9的侧上位置，有利于附属散热器翅片81远离主散热器翅片91的高温影响。(如图10)
副散热器8位于电源壳体93内侧平面上有电容器模块安装固定螺钉孔82，用于螺钉通过导热绝缘片通孔与电容器模块安装固定孔23进行安装固定。(如图10)
集成Y电容的铝电解电容器模块由多只铝电解电容器单体1和两只串联Y电容611组并联组成，两只串联Y电容611组跨接在正极导电铜排32和负极导电铜排34之间，在两只串联Y电容611中间引出接地线65。(电路结构如图11)
地线65、正极引线63、负极引线64和Y电容611组成完整电路结构，集成为Y电容电路连接封装模组61，连同地线端子底座62组成Y电容组合模块。(如图12)
Y电容组合模块安装，对应正极引线63与正极导电铜排32、负极引线64穿过正极导电铜排32通孔与负极导电铜排34焊接电连接。(如图13)
电容器模块装配过程中，地线端子底座62卡入金属导热基体构件2的Y电容组合模块卡口26，Y电容电路连接封装模组61置入金属导热基体构件2的外壳装配引导孔24内部。(如图13)
铝电解电容器模块装配时，正极端子321和负极端子341分别与整机正负极功率母线电连接，地线端子65用于和整机接地线进行电连接。

Claims (42)

  1. 一种铝电解电容器集成模块，包括分立铝电解电容器单体、导热基体构件、导热绝缘片、外壳以及附属母线端子板和散热器，所述电容器模块由分立式铝电解电容器和导热基体构件之间紧密装配构成，所述铝电解电容器模块采用导热绝缘片对外集中绝缘散热，所述铝电解电容器模块可以集成温度传感器和Y电容。
  2. 如权利要求1所述的导热基体构件可以是任何形状、大小和结构形式与分立铝电解电容器单体形成紧凑的装配结构体。
  3. 如权利要求1、2所述的分立铝电解电容器单体和导热基体构件可以构成多个装配体单元，通过设计电连接母线排构成串联或多级串并联电路结构的铝电解电容器模块。
  4. 如权利要求1、2所述的分立铝电解电容器单体和导热基体构件之间紧密装配可以采用巢孔或半巢孔结构方式，将铝电解电容器铝壳圆周表面全部或部分置于导热基体构件的圆孔或半圆内。
  5. 如权利要求1、4所述的分立铝电解电容器单体和导热基体构件之间紧密装配，可以使导热基体构件的(巢)圆孔与铝电解电容器铝壳形成锥度配合降低装配难度。
  6. 如权利要求1所述的分立铝电解电容器单体可以是引线型、牛角型或螺钉型引出结构的铝电解电容器产品。
  7. 如权利要求1所述的分立铝电解电容器单体正负极侧封口位置可以采用密封材料如环氧树脂等做二次密封。
  8. 如权利要求1、7所述分立铝电解电容器单体的封口位置二次密封，可以装配后利用导热基体构件的巢孔密封粘接为一体，也可以分立电容器提前独立二次密封再装配。
  9. 如权利要求1所述的外壳将分立铝电解电容器和导热基体构件的装配体包覆绝缘，可以由塑胶或三防(绝缘)漆等单一或多重材料进行全部或部分包覆。
  10. 如权利要求1、9所述的外壳内外表面可以设置附设结构用于夹持或固定外壳本身和电容器模块整体。
  11. 如权利要求1、9所述的外壳和导热基体构件可以组成内部压力释放机构的空气腔体及设置压力释放出口，在分立铝电解电容器单体由于故障开启压力释放机构，空气腔体可以避免带有负极电的电解液泄露引起铝电解电容器模块短路。
  12. 如权利要求1、11所述内部压力释放机构的空气腔体，对应铝电解电容器和金属导热构件基体构成的多个装配体单元，需设置对应的独立空气腔体及释放出口避免带有负极电压的电解液泄露引起上下串的铝电解电容器单元间短路。
  13. 如权利要求1所述导热基体构件可以设置孔或槽等附设结构用于夹持或固定外壳和母线端子板等结构部件。
  14. 如权利要求1所述的导热绝缘垫片可以是绝缘导热陶瓷或硅胶等各类绝缘导热材料。
  15. 如权利要求1、14所述的导热基体构件和导热陶瓷绝缘垫片，其特征在于导热基体构件可以是全部或部分导热陶瓷或硅胶材料构成。
  16. 如权利要求1、14所述的导热绝缘片细节呈片状降低厚度及热阻，而整体可以呈槽状或其他形状方便集成模块结构设计。
  17. 如权利要求1、14、16所述导热绝缘片可以与电容器模块安装时组合装配，也可以与导热基体构件或附属散热器形成一体结构。
  18. 如权利要求1所述的集成温度传感器绝缘表贴或置入导热基体构件内部，间接监测所有分立铝电解电容器单体的平均工作温升。
  19. 如权利要求1、18所述装配温度传感器的导热构件基体，其特征是铝电解电容器模块内部可以单独设置用于温度传感器表贴或置入其内部的导热构件。
  20. 如权利要求1、18所述的温度传感器可以是NTC或PTC热敏电阻或者K型J型等等规格热电偶及其他种类的温度传感器件。
  21. 如权利要求1、18所述的温度传感器可以是薄膜、环氧、玻璃、金属等任何材质种类和封装形式的温度传感器件。
  22. 如权利要求1、18所述铝电解电容器模块可以设置多只温度传感器件，分布在导热基体构件不同位置，以各温度传感器的平均数值作为结果精准监测。
  23. 如权利要求1所述铝电解电容器模块的母线端子板，其中一体式母线端子板包括电连接母线铜排和注塑体，母线铜排为分立铝电解电容器组成并联、串联或多级串并联电路结构的导电铜排，注塑体为整体包覆导电铜排以及内部各导电铜排之间绝缘隔离的注塑材料，导电铜排与注塑体通过注塑或粘接工艺成为一个独立的整体结构零件。
  24. 如权利要求23所述一体式母线端子板的某些位置注塑体避空，导电铜排裸露用于分立铝电解电容器正负极引线或焊片与导电铜排焊接。
  25. 如权利要求23所述的一体式母线端子板，其特征是在多级串并联电路结构的母线端子板上可以设置均压电阻或其他电路必要元器件的焊接位注塑避空；
  26. 如权利要求23所述的一体式母线端子板及其引出电连接端子，可以根据铝电解电容器模块外形结构和电连接端子的安装位置、角度、距离等做适应性变换长度、形状以适应与功率主板或导电铜排电连接的安装需要。
  27. 如权利要求23所述的一体式母线端子板内部可以具有一组(串)或多组(串)正负极母线电路。
  28. 如权利要求23所述的一体式母线端子板内外表面可以增设附设结构用于夹持或固定母线端子板本身或电容器模块。
  29. 如权利要求1所述的铝电解电容器模块其所有分立铝电解电容器单体正负极可以直接连接功率主电路PCB板与IGBT/MOSFET模块和功率母线电连接，即可以采用适合PCB电路板作为母线端子板使用。
  30. 如权利要求1所述附属散热器通过导热绝缘片安装到电容器模块上。
  31. 如权利要求1、28所述的附属散热器可以是空气冷却翅片散热器，也可以是液冷等种类散热器或是电源装置壳体等传热导热物体。
  32. 如权利要求1、28所述的附属散热器采用螺钉紧固或弹片压紧等方式与电容器模块进行装配。
  33. 如权利要求28、29、30所述附属散热器的翅片可以设置于电源装置壳体外侧，电容器模块安装于电源装置密闭壳体内侧，附属散热器做为高防护密闭等级电源装置的副散热器使用。
  34. 如权利要求28所述附属散热器可以是电容器模块专用散热器，也可以是电容器模块与其他器件共用散热器，或者多支电容器模块共用副散热器。
  35. 如权利要求31所述副散热器可以与主散热器设置在电源装置同个外壳平面，也可以设置在其他侧面不同外壳平面内。
  36. 如权利要求29、31、32所述附属散热器在电源装置壳体内部可以是多种异形结构，方便电容器模块在电源壳体内的布置。
  37. 如权利要求1所述集成Y电容有正极和接地线、负极和接地线两种电连接，Y电容(串联)和铝电解电容器在正负极上构成并联电路结构。
  38. 如权利要求1所述集成Y电容可以是陶瓷或薄膜电容器等任何种类的电容器。
  39. 如权利要求1所述集成Y电容可以是一支Y电容跨接使用，也可以多只Y电容(组)并联跨接使用，可以内置在电容器模块内部，也可以外挂电容器模块外部。
  40. 如权利要求1所述集成Y电容(组)可以采用焊接方式也可以同步电容器模块通过螺钉旋紧方式与功率主板或母线铜排电连接。
  41. 如权利要求1所述集成Y电容串联正极和负极同时与地线两路电连接，也可单独Y电容 与正极或者负极与地线一路电连接。
  42. 如权利要求1所述集成Y电容的接地线可以是金属导线或任何形状的金属导电排，可以直接引出与整机地线连接或设置转接端子与整机地线连接。
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