一種水冷式薄膜電容器的製作方法

2023-12-12 14:37:22 2

本發明涉及一種薄膜電容器，具體涉及一種具有水冷功能的薄膜電容器，屬於電容器技術領域。

背景技術：

新能源汽車(混合動力、氫動力、純電動等)，其核心都是以電能作為驅動能源，而電能到機械能的轉換，都需要電機，當然也要驅動模塊。驅動模塊的核心器件IGBT在逆變過程中，需要薄膜電容及水冷板來支持其運作(薄膜電容支撐電壓電流的突變，水冷系統用於IGBT自身熱量的冷卻)，否則逆變電路無法運行。

眾所周知，薄膜電容芯子是以有機薄膜作為絕緣介質，在有機薄膜表面蒸鍍金屬層作為電極，成對卷繞構成電容芯體。蒸鍍金屬薄膜作為導體，自身必然存在電阻，而薄膜電容充放電時必然伴隨著電子的遷移(即形成電流)，依據電功定律可知，膜電容在充放電時會產生熱量(能量損耗)。雖然膜電容產生的熱量雖然不大，但伴隨熱量集聚，溫度也會隨之升高，直至達到熱平衡。對電容的整體性能(壽命、安全等)而言，隨著溫度的升高其性能會隨之降低。故此，將薄膜電容所產生的熱量導出，是提升薄膜電容的整體性能的有效途徑。

為實現上述要求，當下通用車載驅動器，一般採用水冷板為基底，IGBT、薄膜電容器固定其上。水冷型IGBT的散熱翅片內嵌水道，並結合密封圈、緊固件構成完整散熱通路。外接電源通過母線引入電容，電容輸出端子與IGBT正負極相連接，通過IGBT逆變，交流輸出端與交流裸銅板連接，穿過傳感器，組成逆變器的基本強電框架。

綜上，現行通用車載驅動器的結構的特點可歸納為：器件集成度低，各器件功能明確；器件連接點多，安裝簡便；集成度低，接線隨意大；電容器與IGBT之間迴路面積增加，寄生電感量大。

現行通用車載驅動器多採用單一功能器件裝配而成。為便於安裝，各器件必然預留安裝空間，這樣就很難做到布局的緊促。功能單一器件連接的驅動器，勢必要犧牲單元的緊促性，造成同等功率的驅動器體積偏大。而驅動器的體積會影響整車系統的布局，造成車輛可利用空間的降低。

此外，大量選用單一功能器件組裝驅動器，會導致直流側各器件之間的迴路面積增加，而增加的迴路面積又會導致直流電路部分的寄生電感增大。對於驅動器而言，寄生電感不僅會造成動器的整體性能下降，甚至會干擾驅動器的控制電路，導致驅動器出現功能故障。

現有新能源汽車電機驅動器的強電部分結構如圖1所示，即在水冷板1上裝有IGBT3，IGBT3的一側設有薄膜電容器2，另一側設有傳感器6，輸入連接母線4安裝在IGBT3、薄膜電容器2之上，輸出連接銅板5穿過傳感器6；輸入連接母線4的正負極的其中一端與薄膜電容器2的三組端子連接，另一端與輸入插接件固定端連接；輸入連接母線4的一端與IGBT3的交流輸出端連接，另一端與交流輸出插接件端子連接。

技術實現要素：

本發明所要解決的問題是現有車載驅動器體積較大的問題。

為了解決上述問題，本發明提供了一種水冷式薄膜電容器，其特徵在於，包括殼體，殼體內設有冷卻腔體及電容芯，電容芯通過設於殼體內的母線與直流輸出端連接，直流輸出端從冷卻腔體開口處後側的殼體露出；冷卻腔體開口處的左右兩側分別設有與冷卻腔體連通的液冷接口；殼體的前側設有直流輸入端。

優選地，所述殼體上冷卻腔體開口處的外圍設有用於安裝IGBT的IGBT固定螺孔。

優選地，所述冷卻腔體的開口處設有冷卻腔密封嵌槽。

優選地，所述直流輸出端包括固定於殼體上的輸出端子注塑件、插設於輸出端注塑件內的輸出端子極板，輸出端子極板與母線連接。

更優選地，所述輸出端子極板通過輸出端子內嵌螺母固定於輸出端子注塑件內。

優選地，所述液冷接口與殼體之間設有液冷接口密封圈。

本發明還提供了一種車載驅動器強電器件，其特徵在於，包括上述水冷式薄膜電容器，所述薄膜電容器的殼體上設有IGBT，IGBT固定於冷卻腔體的開口處上方，其前側設有傳感器；IGBT的直流輸入端子與薄膜電容器的直流輸出端連接，交流輸出端子穿過傳感器從傳感器的前側露出。

優選地，所述IGBT與薄膜電容器之間設有IGBT密封圈。

本發明在電容殼體上增加了水冷結構，用於連接電容和IGBT的母線內置於電容芯體，即對水冷板、機殼、母線進行了集成，既簡化了驅動器的結構，又提高了單元的整體性能。電容的直流輸出端採用低電感結構，直流電經IGBT轉換形成交流後，與交流外輸同伴連接。交流輸出端子穿過傳感器與輸出快接插頭連接，外送電機。電容殼體在IGBT安裝位置加工有散熱結構，即IGBT散熱的液冷系統。當IGBT裝配在電容殼體後，通過外界液冷系統就可實現對IGBT的散熱，構成單元的液冷系統。

採用水冷式薄膜電容器搭建驅動單元，與採用普通電容、水冷板組裝的驅動器相比，採用水冷式薄膜電容器的逆變單元，在體積上有較大減小，器件集成度明顯增高。

本發明不僅具有電容的儲能功能，也兼備絕緣柵雙極型電晶體(IGBT)的散熱功能，在驅動電路中，其不僅可以對絕緣柵雙極型電晶體(IGBT)高頻開關提供電流、電壓支撐，也可以通過自身水路(內嵌於機殼內)對絕緣柵雙極型電晶體(IGBT)進行水冷散熱。

附圖說明

圖1為現有車載驅動器強電器件的結構示意圖；

圖2為本發明提供的車載驅動器強電器件的結構示意圖；

圖3為本發明提供的車載驅動器強電器件的爆炸圖；

圖4為本發明提供的水冷式薄膜電容器的結構示意圖；

圖5為普通端子連接後電感量的數據圖；

圖6為低電感端子連接後電感量的數據圖。

具體實施方式

為使本發明更明顯易懂，茲以優選實施例，並配合附圖作詳細說明如下。

實施例

如圖2-3所示，為本實施例提供的一種車載驅動器強電器件，其包括薄膜電容器2，薄膜電容器2如圖4所示，包括殼體2-1，殼體2-1內設有冷卻腔體2-2及電容芯，電容芯通過設於殼體2-1內的母線與直流輸出端2-4連接，直流輸出端2-4從冷卻腔體2-2開口處後側的殼體2-1露出；冷卻腔體2-2開口處的左右兩側分別設有與冷卻腔體2-2連通的液冷接口2-7，液冷接口2-7與殼體2-1之間設有液冷接口密封圈8。殼體2-1的前側設有直流輸入端2-3。直流輸出端2-4包括固定於殼體2-1上的輸出端子注塑件2-4-1、插設於輸出端注塑件2-4-1內的輸出端子極板2-4-2，輸出端子極板2-4-2與母線連接，輸出端子極板2-4-2通過輸出端子內嵌螺母2-4-3固定於輸出端子注塑件2-4-1內。殼體2-1上冷卻腔體2-2開口處的外圍設有用於安裝IGBT的IGBT固定螺孔2-5，將IGBT3採用螺母固定在殼體2-1上，冷卻腔體2-2的開口處設有冷卻腔密封嵌槽2-6，冷卻腔密封嵌槽2-6內安裝IGBT密封圈7。IGBT3的直流輸入端子與薄膜電容器2的直流輸出端2-4連接，即採用螺栓，螺栓依次穿過輸出端子內嵌螺母2-4-3、IGBT3的直流輸入端子、輸出端子極板2-4-2連接固定；IGBT3的前側設有傳感器6，IGBT3的交流輸出端子3-1穿過傳感器6從傳感器6的前側露出。IGBT3的交流輸出端子3-1與薄膜電容器2的直流輸入端2-3設於同一豎直面上。

外接直流電源通過與內嵌在殼體2-1前側的直流輸入端2-3連接(該端子為注塑內嵌銅件結構，導體壓鉚螺柱)，電流經此導入薄膜電容器2，完成電容的充電。殼體2-1內，卷繞電容芯通過與母線、直流輸出端2-4焊接後，組成一體結構。該結構是通過機殼預留開孔，與殼體2-1進行配合，並灌封在殼體2-1內。此時，三組直流輸出端2-4穿過殼體2-1上的預先開孔，外伸與IGBT3的直流輸入端子底面齊平的位置——薄膜電容器2的直流輸出端2-4採用低電感結構。直流電經IGBT3轉換形成交流後，與交流外輸同伴連接。IGBT3的交流輸出端子3-1穿過傳感器6與輸出快接插頭連接，外送電機。薄膜電容器2的殼體2-1在IGBT3的安裝位置加工有散熱結構，即液冷系統。當IGBT3裝配在薄膜電容器2後，通過外界液冷系統就可實現對IGBT3的散熱，構成單元的液冷系統。

本實施例提供的車載驅動器強電器件相比較採用單一器件拼接的傳統單元結構更趨緊促，傳統單元的尺寸為219.2×250×92.5mm；而本實施例的尺寸為240×165.7×61mm。

此外，因電容採用低電感端子結構，在與IGBT連接中減少了迴路面積，故單元的電感量也隨之減小，具體數據見圖5、6，可見，低電感端子結構的採用，對逆變系統功能有明顯提高。