CN101385102A - 电容器装置 - Google Patents

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Abstract

一种电容器装置，即PCU(10)，包括：设置成包围电容器元件(21)并使多个电容器元件(21)一体化的树脂模(24)，和用于收容树脂模(24)的壳体(31)。在壳体(31)的壁面的至少一部分上设置有波形结构。通过这种结构，能抑制振动传递到车身上并且提供了一种能提高冷却效率的电容器装置。

Description

电容器装置
技术领域
本发明一般涉及一种电容器装置，更具体地涉及一种安装在以内燃机和电机作为驱动力源的混合动力车辆中的电容器装置。
背景技术
对于传统的电容器装置，例如在特开2005-332879号公报(专利文献1)中公开了一种试图提高组装时的生产效率的电子单元。在专利文献1中公开的作为电子单元的电容器单元包括金属壳、收容(容纳)在所述金属壳内的树脂壳和多个布置在所述树脂壳内部的电容器元件。所述多个电容器元件借助于填充在所述树脂壳内部的环氧树脂等而相互成一体。
在特开2005-276946号公报(专利文献2)中公开了一种为了便于配置而储存在壳体内并且试图提高高频特性的电容器装置。另外，在特开2002-367857号公报(专利文献3)中公开了一种试图降低热劣化并延长电容器寿命的薄膜电容器。专利文献2和3公开了连接到电容器元件并从包围电容器元件的树脂部件突出的端子。
此外，特开2005-41401号公报(专利文献4)公开了一种试图提高冷却效率的车辆用冷却***。特开2001-245478号公报(专利文献5)公开了一种试图提高冷却效率以及提高生产率的用于逆变器的冷却装置。
在各种电源装置中，电容器通常被用作平滑化元件(smoothingelement)，用以从直流电压中去除交流成分。当包括这些电容器的组件的电容器装置安装在混合动力车辆中时，电容器产生的振动能传递到车身上并可能使乘客感觉不舒适。此外，如果电容器的冷却效率低，则电容器的寿命缩短。鉴于这些问题，在上述专利文献中公开的电容器装置还有改进的空间。
发明内容
本发明的目的是提供一种抑制振动传递到车身上并提高冷却效率的电容器装置来解决上述问题。
根据本发明的电容器装置是安装在车辆中的电容器装置。所述电容器装置包括:设置成包围电容器元件并使多个所述电容器元件一体化的树脂模，和用于***述树脂模的第一壳体。在所述第一壳体的壁面的至少一部分上设置有波形结构。
根据如上所述构造的电容器装置，能通过设置波形结构来增大第一壳体的刚度，并且能抑制电容器元件产生的振动传递到混合动力车辆的车身上。另外，设置波形结构增加了壁面的表面积。因此，由电容器元件产生并经所述树脂模传递至第一壳体的热量被释放。这样，可提高电容器元件的冷却效率。
此外，优选地，所述第一壳体由所述树脂模填充。根据如上所述构造的电容器装置，可提高电容器元件和第一壳体之间的导热性。
此外，优选地，所述电容器装置还包括第二壳体，所述第二壳体由树脂形成并介于所述第一壳体和所述树脂模之间。根据如上所述构造的电容器装置，由于由树脂形成的第二壳体，能更有效地抑制电容器元件产生的振动传递到混合动力车辆的车身上。
此外，优选地，所述第一壳体由金属形成。根据如上所述构造的电容器装置，可提高第一壳体的散热性。
此外，优选地，在所述第一壳体的内侧形成有肋。所述树脂模收容在所述第一壳体内并与所述肋接触。根据如上所述构造的电容器装置，可在增大第一壳体的刚度的同时提高从树脂模到第一壳体的导热性。
此外，优选地，所述电容器装置还包括用于限定用以收容逆变器的空间并固定在所述第一壳体上的第三壳体。所述第三壳体具有冷却器。根据如上所述构造的电容器装置，可促进电容器元件和第三壳体之间的热交换，并且可进一步提高电容器元件的冷却效率。
此外，优选地，所述树脂模具有暴露于上述空间的表面。根据如上所述构造的电容器装置，即使在***述逆变器的空间被加热至高温的情况下，由于电容器元件与第一和第三壳体之间的热交换，也可提高电容器元件的冷却效率。
此外，所述电容器装置还包括与所述电容器元件电连接并从所述树脂模突出的端子。所述树脂模具有离所述端子的突出位置相对较近的一端和离所述端子的所述突出位置相对较远的另一端。优选地，所述第一壳体安装在设置于车辆前侧的发动机舱内，并且布置成使得所述一端位于车辆纵向上的车辆前侧且所述另一端位于所述车辆纵向上的车辆后侧。
此外，所述电容器装置还包括与所述电容器元件电连接并从所述树脂模突出的端子。所述车辆具有用于在车辆行驶时吸入空气的通风孔。优选地，所述第一壳体布置成使得所述端子位于经所述通风孔吸入的空气流的路径上。
根据如上所述构造的电容器装置，在所述端子产生的热量的影响下，电容器元件的温度在越靠近所述端子的位置越高。因此，通过在车辆行驶时向所述端子积极地供给吸入发动机舱的空气或经通气孔吸入的空气，电容器元件能被有效地冷却。
如上所述，根据本发明，可提供一种提高冷却效率并抑制振动向车身传递的电容器装置。
附图说明
图1是描述混合动力车辆的电机驱动***的示意性电路图。
图2是示出安装在混合动力车辆中的PCU的剖视图。
图3是用于收容图2中的电容器的壳体的透视图。
图4是示出安装在混合动力车辆中的传统PCU的剖视图。
图5A和5B是示出图2中的PCU的第一变型的透视图。
图6是示出图2中的PCU的第二变型的剖视图。
图7是示出图2中的PCU的第三变型的透视图。
图8A和8B是安装有图2中的PCU的混合动力车辆的俯视图。
具体实施方式
下面将参照附图描述本发明的实施例。在下面提及的图中，相同或相应的部件具有相同的附图标记。
图1是描述混合动力车辆的电机驱动***的示意性电路图。该混合动力车辆利用诸如汽油发动机或柴油发动机之类的内燃机和由可充放电的二次电池(蓄电池)提供动力的电机作为驱动力源。
参照图1，混合动力车辆包括电池102，用于升高电池102的输出电压并输出节点N1和N2之间的电压的升压电路104，连接在升压电路104的输出节点N1和N2之间并稳定输出电压的电容器106，和用于接收升压电路104的由电容器106进行稳定的输出作为动力源并驱动AC(交流)电机110的逆变器108。
尽管未示出，但AC电机110包括具有U、V和W相的三相线圈。尽管未示出，但逆变器108包括用于控制流过AC电机110的线圈的电流的U相臂、V相臂和W相臂。这些臂的每一个都包括串联连接在节点N1和N2之间的两个切换元件。逆变器108是智能功率模块，并且还包括用于控制各个切换元件的致动和过电流保护的电子电路等。
升压电路104包括一端连接于电池102的正极的电抗器112，连接在电抗器112的另一端和节点N1之间的IGBT(绝缘栅双极晶体管)元件114，和连接在电抗器112的另一端和节点N2之间的IGBT元件116。电池102的负极连接到节点N2。本发明也适用于带有用于使电压平滑化的电容器的单相电机。
图2是示出安装在混合动力车辆中的PCU(动力控制单元)的剖视图。参照图2，PCU10包括用于收容电容器106和逆变器108的壳体31和壳体41。壳体31和壳体41由金属形成。壳体31和壳体41由铝压铸件形成。壳体31和壳体41可由诸如铁、镁等的其它非铝材料形成。壳体31和壳体41可由互不相同的材料形成。PCU 10固定在混合动力车辆的发动机舱内。
电容器106收容于壳体31内。电容器106由多个电容器元件21的组件构成。电容器元件21例如为耐压性好的薄膜电容器。
图3是用于收容图2中的电容器的壳体的透视图。参照图2和图3，壳体31形成为箱(盒)状。壳体31具有底部38和从底部38的周缘升起并沿底部38的周缘延伸的侧部36。侧部36具有面向用于收容电容器106的内部空间的内表面36b，和位于内表面36b的相对侧的外表面36a。
在侧部36上设有波形结构。该波形结构形成为使得在用作壳体31的壁面的侧部36的表面上重复出现凹凸形状。
侧部36形成为沿其周向以波状延伸。也就是说，当沿平行于底部38的平面切断侧部36时，侧部36具有沿其周向以波状延伸的截面形状。通过在侧部36上设置的波形结构，侧部36的外表面36a和内表面36b的面积与侧部36形成为平板状的情况相比更大。通过波形结构而在侧部36的表面上出现的凹凸形状具有与充当加强件的肋相似的功能。因此，壳体31的刚度与侧部36形成为平板状的情况相比有所增大。
应注意，波形结构可成形为沿与侧部36的周向不同的方向以波状延伸。波形结构可断续地设置在侧部36的周向上。波形结构可设置在侧部36的一部分上。波形结构可设置在底部38上，或设置在侧部36和底部38两者上。尽管如图中所示波形结构设置成在侧部36的两个表面上均出现凹凸形状，但波形结构也可设置成在外表面36a和内表面36b的任一者的表面上出现凹凸形状。
多个电容器元件21通过树脂模24而成一体。树脂壳26介于树脂模24和壳体31之间。树脂模24收容于树脂壳26内，而树脂壳26又收容于壳体31内。
树脂壳26形成为沿壳体31的内壁延伸的箱状。树脂壳26与壳体31进行面接触。树脂壳26用粘合剂固定在壳体31上。树脂壳26由树脂模24填充。所述多个电容器元件21和壳体31之间的区域由树脂材料填充。在所述多个电容器元件21和壳体31之间不存在空气层。所述多个电容器元件21彼此成一体地设置在壳体31内且其间具有树脂材料。
树脂模24由树脂材料形成。树脂模24例如由环氧树脂形成。树脂模24可由其它导热性好的树脂材料形成。树脂壳26由与形成树脂模24的树脂材料不同的树脂材料形成。树脂壳26例如由PPS(聚苯硫)形成。
壳体41用螺栓48固定在壳体31上。逆变器108收容在壳体41内。电容器106和逆变器108分别收容于分立的壳体31和壳体41内。逆变器108产生的热量大于电容器106产生的热量。
壳体41是带有冷却器的壳体，并且在本实施例中，形成了供冷却水流动的冷却水通道45。冷却水通道45形成在面向逆变器108的位置。冷却水通道45形成在电容器106的相对侧而在其间具有逆变器108。为了促进冷却水和壳体41之间的热交换，壳体41具有朝冷却水通道45突出的翅片44。翅片44在壳体41内一体形成。
壳体41限定了用以收容逆变器108的空间201。树脂模24具有面向空间201的表面24a。电容器106设置有与电容器元件21电连接并从表面24a朝空间201突出的端子27。端子27连接到从逆变器108伸出的端子47。
壳体31具有凸缘32。凸缘32从侧部36的位于底部38的相对侧的侧端以凸缘状延伸。凸缘32沿侧部36的周向连续延伸。在凸缘32内形成有多个供螺栓48***的螺栓***孔33。壳体41具有面向凸缘32并用螺栓48紧固在凸缘32上的凸缘42。凸缘32与凸缘42进行面接触，使得壳体31和壳体41的接触面积增大。
图4是示出安装在混合动力车辆中的传统PCU的剖视图。参照图4，在传统PCU中，电容器106和逆变器108收容在位于单个壳体431内的空间201中。电容器106设置成被空间201包围。电容器106设置在离开壳体431的位置。
对于这种构型，在传统PCU中，电容器106的温度(T1)很大程度上取决于空间201的大气温度(T2)，而所述温度T2由于逆变器108的发热而升至高温。因此，电容器106无法被有效地冷却。
另一方面，参照图2和图3，在PCU 10中，电容器元件21在壳体31内设置成一体而在其间具有树脂模24和树脂壳26。因此，电容器元件21产生的热量被更积极地传导至壳体31并从壳体31散出。结果，在本实施例中，电容器106的温度(T1)更大程度地取决于壳体31的温度(T3)，而不是空间201的大气温度(T2)。
另外，壳体31固定在具有冷却水通道45的壳体41上。因此，从电容器元件21传递至壳体31的热量被进一步传导至壳体41，并散发至流过冷却水通道45的冷却水。
壳体31的温度(T3)低于空间201的大气温度(T2)。流过冷却水通道45的冷却水的温度(T4)低于空间201的大气温度(T2)。流过冷却水通道45的冷却水的温度(T4)低于壳体31的温度(T3)。各温度的一个示例为:电容器106的温度(T1)为80℃，空间201的大气温度(T2)为100℃，壳体31的温度(T3)为70℃，冷却水的温度(T4)为65℃。
在本发明的本实施例中作为电容器装置的PCU 10包括:设置成包围电容器元件21并使多个电容器元件21一体化的树脂模24，和作为第一壳体的用于收容树脂模24的壳体31。在作为壳体31的壁面的至少一部分的侧部36上设置有波形结构。
根据如上所述构造的本发明的本实施例的PCU 10，通过在壳体31上设置波形结构可增大壳体31的刚度。这样，抑制了电容器元件21产生的振动经壳体31传递至车身，并且可改善混合动力车辆的NV(噪声和振动)性能。特别地，在本实施例中，树脂壳26设置成介于树脂模24和壳体31之间。因此，当形成树脂壳26的树脂材料的硬度低于形成树脂模24的树脂材料的硬度时，从树脂模24传向壳体31的振动在树脂壳26内被更大地削弱。这样，能更有效地抑制传向车身的振动。
另外，通过设置在壳体31上的波形结构能促进从壳体31的散热，并且可提高电容器106的冷却效率。这样，能延长电容器元件21的寿命。特别地，在为了保证安装空间而减小电容器106尺寸的情况下，电容器106产生的热量更大。此外，在PCU的尺寸减小的情况下，空间201的大气温度(T2)升高，导致电容器106往往更易于受其它部件产生的热量的影响。因此，使用电容器106的冷却效率有所提高的本发明更加有效。
图5A和图5B是示出图2中的PCU的第一变型的透视图。在图中示出了形成PCU 10的壳体31。参照图5A，在本变型中，在壳体31上设置有波形结构，其中当从壳体31的外部观察时，侧部36沿螺栓***孔33的延伸方向凹入，并且侧部36在相邻的两个螺栓***孔33之间凸出。通过这种构型，除了上述效果外，还能获得避免***在螺栓***孔33内的螺栓48和侧部36之间的干涉的效果。参照图5B，在本变型中，侧部36形成为沿其周向以锯齿形方式延伸。
图6是示出图2中的PCU的第二变型的剖视图。在图中示出了图2所示截面的一部分。参照图6，在本变型中没有设置图2中的树脂壳26。也就是说，壳体31直接由树脂模24填充。在这种情况下，与设有树脂壳26的PCU相比，能更有效地提高电容器106的冷却效率，而振动的传递被较少地抑制。
图7是示出图2中的PCU的第三变型的透视图。在图中示出了形成PCU 10的壳体31。参照图7，在本变型中，在壳体31的内壁上设有肋61。肋61由金属形成。优选地，肋61与壳体31一体形成。通过这种构型，可提高从树脂壳26到壳体31的导热性，同时可进一步增加壳体31的刚度。
图8A和8B是安装有图2中的PCU的混合动力车辆的俯视图。参照图8A和8B，发动机舱71形成在混合动力车辆的前侧。发动机舱71形成在前保险杠74和仪表板73之间。前格栅72设置在发动机舱71的前侧而作为用于将外部空气吸入发动舱71的通风孔。
参照图8A，在本变型中，树脂模24具有离端子27的突出位置相对较近的一端24p和离上述突出位置相对较远的另一端24q。PCU 10在发动机舱71内布置成使得所述一端24p位于车辆前侧且所述另一端24q位于车辆后侧。参照图8B，在本变型中，PCU 10布置成使得端子27位于在车辆行驶时从前格栅72吸入的空气流的路径上。PCU 10布置成使得前格栅72和端子27在车辆纵向上重叠。
受端子27发热的影响，设置在端子27附近的电容器元件21的温度在所述多个电容器元件21的温度之中最高。由于电容器106的寿命基于该元件的温度来确定，所以该元件需要更积极地进行冷却。在本变型中，在车辆行驶时由行驶的车辆吸入发动机舱71而形成的风在端子27附近的位置吹到壳体31上。因此，通过利用由行驶的车辆引起的风，能积极地冷却设置在端子27附近的电容器元件21。特别地，当车辆以高速行驶并且端子27的温度高时，利用由行驶的车辆引起的风进行的冷却主动地起作用，从而能根据电容器元件21的温度进行冷却。
本发明也适用于安装在电动车辆或使用燃料电池和以二次电池驱动的电机作为驱动力源的燃料电池混合动力车辆(FCHV)中的电容器。
本文所公开的实施例应看作在所有方面都是例述性而非限制性的。本发明的范围并非由上述说明示出，而是由权利要求的范围来确定，并且在与权利要求的范围等同的涵义及范围内的所有变型均包括在保护范围之内。
工业适用性
本发明主要应用于安装在使用内燃机和以二次电池驱动的电机作为驱动力源的混合动力车辆、电动车辆或使用燃料电池和以二次电池驱动的电机作为驱动力源的燃料电池混合动力车辆中的电容器。

Claims (9)

1、一种电容器装置，所述电容器装置安装在车辆中并包括:
设置成包围电容器元件(21)并使多个所述电容器元件(21)一体化的树脂模(24)；和
用于***述树脂模(24)的第一壳体(31)，在所述第一壳体(31)的壁面的至少一部分上设置有波形结构。
2、根据权利要求1所述的电容器装置，其中，所述第一壳体(31)由所述树脂模(24)填充。
3、根据权利要求2所述的电容器装置，还包括:
第二壳体(26)，所述第二壳体由树脂形成并介于所述第一壳体(31)和所述树脂模(24)之间。
4、根据权利要求1所述的电容器装置，其中，所述第一壳体(31)由金属形成。
5、根据权利要求1所述的电容器装置，其中，在所述第一壳体(31)的内侧形成有肋(61)，所述树脂模(24)收容在所述第一壳体(31)内并与所述肋(61)接触。
6、根据权利要求1所述的电容器装置，还包括:
用于限定用以收容逆变器(108)的空间(201)并固定在所述第一壳体(31)上的第三壳体(41)，所述第三壳体(41)具有冷却器(45)。
7、根据权利要求6所述的电容器装置，其中，所述树脂模(24)具有暴露于所述空间(201)的表面(24a)。
8、根据权利要求1所述的电容器装置，还包括:
与所述电容器元件(21)电连接并从所述树脂模(24)突出的端子(27)，其中
所述树脂模(24)具有离所述端子(27)的突出位置相对较近的一端(24p)和离所述端子的所述突出位置相对较远的另一端(24q)；
所述第一壳体(31)安装在设置于车辆前侧的发动机舱(71)内，并且布置成使得所述一端(24p)位于车辆纵向上的车辆前侧且所述另一端(24q)位于所述车辆纵向上的车辆后侧。
9、根据权利要求1所述的电容器装置，还包括:
与所述电容器元件(21)电连接并从所述树脂模(24)突出的端子(27)，其中
所述车辆具有用于在车辆行驶时吸入空气的通风孔(72)；
所述第一壳体(31)布置成使得所述端子(27)位于经所述通风孔(72)吸入的空气流的路径上。
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