CN111817580A - Dc链路电容器冷却*** - Google Patents

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Abstract

一种DC链路电容器冷却***，其具有横跨DC链路电容器的底表面布置的集成散热器，其中介电热界面材料覆盖该集成散热器，以及与该介电热界面材料接触的底盘，其中底盘在其中具有有源流体冷却剂区域。

Description

DC链路电容器冷却***
技术领域
本发明涉及用于电动车辆的DC链路电容器。
背景技术
DC链路电容器由电容器绕组组成并且具有放置在外壳(通常由塑料制成)内的正极导体和负极导体。将电介质树脂(dielectric resin)倒入外壳中，以使电容器具有刚性，并保护电容器内部免受短路影响。
电动车辆在车辆的电力逆变器模块(PIM)中使用DC链路电容器。DC链路电容器用于防止纹波电流流回电源，并消除DC总线电压变化。DC链路电容器也可用于保护车辆电气***中的半导体。
使用具有长寿命的电容器是有利的。因此，当在车辆的电力逆变器模块(PIM)中使用电容器作为DC链路时，电力薄膜电容器比电解电容器更可取。这是由于电力薄膜电容器的使用寿命更长。DC链路电力薄膜电容器的寿命基本上是工作电压/额定电压与电容器绕组内最大热点的比率的函数。这样，如果将热点温度控制在介电材料的边界内，则可以维持电容器的长寿命。因此，期望减少和控制热点，从而以维持长寿命的方式操作电容器。为了适当地控制热点，因此特别需要用于冷却电容器的***。
发明内容
本***提供了用于DC链路电容器的冷却***，例如用于电动车辆的电力逆变器模块(PIM)的DC链路电容器。
在一个优选的方面，本***将散热器集成到DC链路电容器，并将热量从电容器传递到有源冷却剂(活性冷却剂，active coolant)(流体通道)区域中。通过提供这种热耦合，可以将热点保持在电容器中的介电材料的工作边界以下，而无需使用较大的电容或更高额定电压的电容器。
在优选方面，本***将散热器直接添加到电容器的底部。例如，该散热器优选地简单地代替典型的电容器外壳的底侧。另外，介电热界面材料位于***中的各个位置，其可以包括：在母线之间、在母线和散热器之间以及在散热器和底盘(即：电子设备壳体)之间。在操作中，热量通过底盘从电容器消散，并进入有源流动冷却剂，该冷却剂通过底盘的冷却区域。
本***的优点包括散热器，该散热器允许从电容器散发欧姆热，从而与传统的DC链路电容器相比，允许电容器在更高的操作温度下工作。此外，可以将热点保持在介电材料的工作边界以下，而无需使用较大的电压电容器或更高额定电压的薄膜电容器。
附图说明
图1是现有技术的DC链路电容器的侧视截面图。
图2是图1的现有技术DC链路电容器的俯视图。
图3是本发明的DC链路电容器的侧视截面图，其位于集成散热器的顶部，其中介电热界面材料位于底盘的顶部，其中有源流体冷却区域遍及底盘。
图4是图3的电容器的俯视图，其示出了冷却剂流动路径。
具体实施方式
图1和图2示出了现有技术的DC链路电容器1，如下所述。电容器1包括电容器绕组9(图2)，该电容器绕组9与绕组的阴极端上的正母线4(图1)并联设置，并且与电容器的阳极端上的负母线6(图1)并联设置。正母线4和负母线6被电介质层5隔开。可以看出，所有这些部件被容纳在其中具有电介质树脂3的外壳或壳体2内。在操作中，电容器1可以是电动车辆的电力逆变器模块(PIM)的一部分，其定位在通常称为底盘的电子设备外壳内。
不幸的是，图1和图2的现有技术设计难以从底盘消散热量。具体地，难以从电容器绕组9以及从正母线4和负母线6消散热量。高热阻(主要是由于电容器壳体2中缺乏导热材料造成的)可能导致电容器的次优寿命性能。
图3示出了本申请的优选的电容器冷却***，如下所述。如将显示的那样，本冷却***增强了从电容器绕组的热传递，该热传递通过母线4和6，然后进入流体区域19，使得热量可以有效地从电力逆变器模块(PIM)消散。
首先，移除标准电容器壳体(图1中的2)的塑料底部，并由导热散热器14代替。导热散热器14可以可选地由铝或铜或其他合适的材料制成。然后优选地使用介电材料18来将母线连接端子13彼此分开，以将负母线13与散热器14分开，以及将散热器14与底盘15分开。底盘15优选地在其中具有有源流体冷却剂区域19。可以看出，有源流体冷却剂区域19优选地位于电容器1的正下方。这样，通过区域19的冷却剂流用来冷却电容器1。此外，电容器1的冷却可以在冷却***绝缘栅双极晶体管(IGBT)模块之前完成。
本***的优点在于，它降低了热阻，并增加了从电容器绕组通过底盘的热导率。结果，***可以在更高的操作温度下运行。这增加了电容器的预期寿命。
最后，图4示出了叠加在电容器上的冷却剂流的路径(即：流经区域19的流体的路径)。注意：电容器位于冷却剂流上方，图4仅示出了冷却剂流在电容器下方通过的路径。可以看出，冷却剂流动路径优选地沿着电容器的主要长度来回往复以提供有效的冷却。

Claims (12)

1.一种电容器冷却***，包括：
DC链路电容器；
在所述DC链路电容器下方延伸的正母线和负母线；
横跨所述DC链路电容器的底表面布置的集成散热器，其中所述正母线和所述负母线被定位成邻近所述集成散热器；和
与介电热界面材料接触的底盘，其中所述底盘在其中具有有源流体冷却剂区域。
2.根据权利要求1所述的电容器冷却***，还包括：
在所述正母线和所述负母线之间的介电材料。
3.根据权利要求1所述的电容器冷却***，还包括：
在所述母线和所述散热器之间的介电材料。
4.根据权利要求1所述的电容器冷却***，还包括：
在所述散热器和所述底盘之间的介电材料。
5.根据权利要求1所述的电容器冷却***，其中，所述电容器是电力薄膜电容器。
6.根据权利要求1所述的电容器冷却***，其中，所述电容器的所述集成散热器包括所述DC链路电容器的正极导体和负极导体。
7.根据权利要求1所述的电容器冷却***，其中，所述电容器包括用电介质树脂密封到外壳中的正极导体和负极导体。
8.根据权利要求1所述的电容器冷却***，其中，所述介电热界面材料覆盖所述集成散热器的所述正极导体和所述负极导体。
9.根据权利要求1所述的电容器冷却***，其中，所述DC链路电容器用于电动车辆的电力逆变器模块中。
10.根据权利要求1所述的电容器冷却***，其中，所述有源流体冷却剂区域具有穿过其中的流体。
11.根据权利要求10所述的电容器冷却***，其中，所述有源流体冷却剂沿着所述电容器的主要长度通过流动路径。
12.根据权利要求1所述的电容器冷却***，其中，所述集成散热器由铝或铜制成。
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