应用于汽车逆变器的薄膜电容器散热结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型与汽车电力变换技术有关，具体属于一种应用于汽车逆变器的薄膜电容器散热结构。
【背景技术】
[0002]电动汽车因节油、环保等优势进入汽车市场，并且受到越来越多的重视，其中电机控制器(逆变器)为电动汽车的核心零部件，它与电动机共同构成了新能源汽车的“发动机”，对电动汽车的成本与性能具有巨大的影响。
[0003]逆变器中的核心零部件一一电容器，其占据了逆变器20%以上的成本及30%以上的体积，因此电容器的设计优劣极大地影响了整个逆变器的性能及功率密度，在众多类型的电容器中，比较常见的是薄膜电容器和电解电容器，而薄膜电容器因为寄生参数小、温度频率特性好、具有自愈性等特点正逐渐取代传统的电解电容器被大规模应用于电动汽车中。
[0004]如图la、图1b所示，薄膜芯子由单面蒸镀金属层2的聚丙烯塑料薄膜I卷绕而成，大致为具有圆角的长方体结构，其塑料薄膜本身的导热并不好，而塑料薄膜上面的蒸镀层为金属层，该蒸镀层具有很好的导热性，使得薄膜电容整体具有热传导的各向相异性，热量比较容易沿卷绕的轴向方向传导出来，也就是说图la、图1b中，沿Y轴的导热性要远高于沿X轴和Z轴的导热性，其中Y轴即塑料薄膜的卷绕轴，当塑料薄膜的卷绕轴平行于水平面时，以电容芯子的高度方向为Z轴，垂直于YZ平面的为X轴。薄膜电容的正母排与芯子中平行于XZ平面的一个端面进行焊接，负母排与芯子中平行于XZ平面的另一端面进行焊接，即正负母排均垂直于芯子的卷绕轴。
[0005]为了防止外部水汽或空气进入导致电容器被腐蚀以及与外部冷却板的绝缘，如图2所示的传统薄膜电容器，电容芯子3及正负母排4、5被3-4mm的环氧树脂6灌封料及2mm的塑料外壳7包裹，由于所用的环氧树脂6及塑料外壳7的热导率仅有2-3W/mK，故传统的薄膜电容器具有较高的传导热阻，散热效果极差，芯子和母排散发的热量很难传导出来。
[0006]虽然薄膜芯子的各个面均被环氧树脂6及外壳7包裹，但因冷却条件及环境的不同，各个面的温度仍然相差很大。传统的薄膜芯子一般竖直放置，即芯子的卷绕轴垂直于冷却板8，正负母排4、5平行于冷却板8，这样便于散热，由于电容器的正负极与冷却板8距离不同，所以远离冷却板8的电极处芯子温度比较高，除此之外，芯子的其它几个表面所在位置的环境温度也不相同，有的表面相邻连接IGBT或高压电池引脚而被额外加热，如薄膜芯子的顶部等，故整个电容芯子的温度分布极不均衡。鉴于薄膜电容器的电流能力取决于整个薄膜芯子的最热点温度，故电容能力难以发挥，电流能力被极大限制。
[0007]在电动/混合动力汽车中，薄膜电容器负责吸收车载逆变器产生的高次谐波电流，一台50kW的逆变器可以产生100A以上的谐波电流。尤其在混合动力系统中，逆变器的环境温度峰值可达105度，峰值水冷温度可达90度，在逆变器内部母排等发热器件的影响下，电容器的环境温度峰值可达到120度以上，由于电容器薄膜芯子的聚丙烯膜耐受的最高温度只有105度，故此时电容器不允许上电运行。其实，即使电容器的环境温度低于100度，由于受限于薄膜电容器的高热阻及温度分布不均，传统电容也难以承担电流引起的热功耗，因此这些通常成为车用大功率逆变器的热瓶颈问题。
[0008]为了使电容器正常工作而不被损坏，一种通用的方法是大幅增加电容器的容值(高于系统纹波需求)，降低电容器单位容值下的电流密度及功耗，但是这会大幅增加电容的体积及成本，尤其对于混合动力汽车，其对逆变器的体积及成本均有较高的要求，这显然难以被接受。另外一种方法是设置电容器温度传感器，在其过温时进行功率降额，这样导致整个电驱动系统的动力输出被电容器的热瓶颈所限定，降低了逆变器性能。
【实用新型内容】
[0009]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种应用于汽车逆变器的薄膜电容器散热结构，可以降低电容器的热阻，解决内部芯子和母排产热难以散出与芯子材料耐温低之间的矛盾，有效避免整个电容芯子温度分布不均衡，并提高电容器的能力。
[0010]为解决上述技术问题，本实用新型提供的应用于汽车逆变器的薄膜电容器散热结构，所述薄膜电容器包括薄膜芯子、与薄膜芯子正负极端面连接的正负母排，所述薄膜芯子和正负母排设于底部开放的外壳中，所述外壳设于冷却板上，所述正负母排通过冷却板散热；所述薄膜芯子的其余全部发热面或其余部分发热面覆盖有导热母排，该导热母排由正母排和/或负母排延伸形成。
[0011]当薄膜芯子的正负母排与冷却板垂直时，所述正负母排靠近冷却板的一端分别弯折形成母排延伸部，所述两母排延伸部通过绝缘纸与冷却板接触，或者两母排延伸部叠放且二者之间通过绝缘纸接触，位于底部的母排延伸部通过绝缘纸与冷却板接触。
[0012]其中一种优选的结构是，所述正母排靠近冷却板的一端向靠近负母排的方向延伸形成正母排延伸部，所述负母排靠近冷却板的一端向靠近正母排的方向延伸形成负母排延伸部；所述正母排延伸部位于负母排延伸部上方且通过绝缘纸与负母排延伸部接触，负母排延伸部通过绝缘纸与冷却板接触；或者，所述负母排延伸部位于正母排延伸部上方且通过绝缘纸与正母排延伸部接触，正母排延伸部通过绝缘纸与冷却板接触。
[0013]其中再一种优选的结构是，所述正母排靠近冷却板的一端向靠近负母排的方向延伸形成正母排延伸部，所述负母排靠近冷却板的一端向靠近正母排的方向延伸形成负母排延伸部；所述正母排延伸部与负母排延伸部相互不接触或者正母排延伸部的端部通过绝缘纸与负母排延伸部的端部接触，所述正母排延伸部和负母排延伸部均通过绝缘纸与冷却板接触。
[0014]其中另一种优选的结构是，所述正母排靠近冷却板的一端向远离负母排的方向延伸形成正母排延伸部，所述负母排靠近冷却板的一端向远离正母排的方向延伸形成负母排延伸部，所述正母排延伸部与负母排延伸部均通过绝缘纸与冷却板接触。
[0015]其中另一种优选的结构是，所述正母排靠近冷却板的一端向靠近负母排的方向延伸形成正母排延伸部，负母排靠近冷却板的一端向远离正母排的方向延伸形成负母排延伸部，或者正母排靠近冷却板的一端向远离负母排的方向延伸形成正母排延伸部，负母排靠近冷却板的一端向靠近正母排的方向延伸形成负母排延伸部，所述正母排延伸部与负母排延伸部不接触或通过绝缘纸接触，二者均通过绝缘纸与冷却板接触。
[0016]当薄膜芯子的正负母排与冷却板平行时，与薄膜芯子上端面连接的母排沿薄膜芯子侧面延伸至薄膜芯子底部并向外弯折形成母排延伸部，所述母排延伸部和与薄膜芯子下端面连接的母排不接触或通过绝缘纸接触，二者均通过绝缘纸与冷却板接触；或者，与薄膜芯子上端面连接的母排沿薄膜芯子侧面延伸至薄膜芯子底部并向内弯折形成母排延伸部，所述母排延伸部位于与薄膜芯子下端面连接的母排下方且二者之间通过绝缘纸接触，同时母排延伸部通过绝缘纸与冷却板接触。
[0017]在上述结构中，所述正负母排与外壳内壁之间、导热母排与薄膜芯子之间、导热母排与外壳内壁之间、薄膜芯子与母排延伸部之间均填充灌封料。
[0018]较佳的，所述冷却板为水冷板，所述正负母排和导热母排为铜排。
[0019]本实用新型的有益之处在于:
[0020]I)薄膜芯子正负极产生的热量均可以通过正负母排传导至电容外，同时由于薄膜芯子的其它端面可以根据需要设置导热母排，使得薄膜芯子除正负极外的其它位置产生的热量可以就近通过导热母排引到冷却板上；
[0021]2)由于薄膜芯子各表面基于同一冷却板(水冷板)的基础温度(低于90度)，故芯子可有效隔绝高于100度的外界环境温度，且芯子各表面的温度分布均匀，保证薄膜芯子充分发挥其电流能力；
[0022]3)由于薄膜芯子至冷却板的热阻大大降低，电容器允许有更高的电流密度，故电容值被大幅降低，体积及成本均可有效降低。
【附图说明】
[0023]图1a为薄膜芯子的主视图；
[0024]图1b为薄膜芯子的侧视图；
[0025]图2为传统的薄膜电容器的散热结构示意图；
[0026]图3a为本实用新型第一实施例的散热结构在垂直于X方向的剖视图；
[0027]图3b为本实用新型第一实施例的散热结构在A-A处的剖视图；
[0028]图3c为本实用新型第一实施例的散热结构中铜排弯折示意图；
[0029]图4a为本实用新型第二实施例的散热结构在垂直于X方向的剖视图；
[0030]图4b为本实用新型第二实施例