[发明专利]薄膜电容器的散热结构及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种薄膜电容器，具体属于一种薄膜电容器的散热结构。

背景技术

薄膜电容器是一种性能良好的电容器，其具有寄生参数小、温度频响特性好、安全可靠的特点，正逐渐取代传统的电解电容器，目前被大规模地使用于汽车领域，尤其是电动汽车和混合动力汽车中。

薄膜电容的薄膜芯子1具有热传导的各项相异性，其薄膜本身的导热性并不好，但是薄膜11上面蒸镀了一层金属镀层12具有很好的导热性，因此热量比较容易沿卷绕的轴向方向传导出来，即薄膜芯子沿轴向的热阻比沿径向的热阻小得多，如图1所示。一个大的薄膜电容会由几个芯子并联组成，由内部母排实现多个芯子的并联。通常芯子有两种排列方式，一种是多个薄膜芯子1竖直排列，如图2a所示，此时薄膜芯子1的卷绕轴垂直地平行排列，另一种是多个薄膜芯子1水平排列，如图2b所示，此时薄膜芯子1的卷绕轴水平地平行排列。在前述结构中，正母排2与薄膜芯子1的一个端面进行焊接，负母排3与薄膜芯子1的另一个端面进行焊接，即母排面垂直于卷绕轴。为了防止外部水汽或空气进入导致电容器被腐蚀，以及与外部水冷板的绝缘，薄膜电容器的内部芯子被几毫米厚的灌封料4及塑料外壳5所包裹，故电容器内部的热量也很难传导出来，即使对电容器采用水冷也会因为塑料外壳5高传导热阻使散热效果极差，如图3所示。在电动/混合动力汽车中，母线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。尤其在混合动力应用中，其环境可以达到105℃的高温，而电容器内部的聚丙烯膜耐受的热点温度也为105℃，所以电容器此时根本无法承担任何电流带来的发热。即使环境温度在85℃以下，在全额工作时内部芯子温度也会长时间接近105℃，使电容器寿命缩短。

为了使电容器正常工作而不被损坏，一种是采用增加电容器体积，通过增大等效面积的方法使电容器的内阻及热阻下降，这显然与电动汽车高功率密度及低成本的要求背道而驰。另外一种通用方法是增加电容器温度传感器，在其过温时进行功率降额，使整个电机驱动系统的动力输出被电容器的瓶颈所限定。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种薄膜电容器的散热结构及方法，可以有效降低薄膜电容器的热阻，解决内部芯子的散热问题，延长使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明提供的薄膜电容器的散热结构，所述薄膜电容器包括薄膜芯子、与薄膜芯子的端面连接的正负母排，所述薄膜芯子和正负母排通过灌封料塑封于塑料外壳中，所述母排延伸至与冷却板接触，相接触的母排和冷却板之间设置有绝缘纸。

在上述结构中，所述薄膜芯子和母排设于封闭的塑料外壳中，该塑料外壳固定在冷却板上，所述母排从塑料外壳的底面伸出并形成外延部，该外延部与冷却板接触，相接触的外延部与冷却板之间设置有绝缘纸。或者，所述薄膜芯子和母排设于底部开放的塑料外壳中，该塑料外壳固定在冷却板上，所述母排直接与冷却板接触，或者通过延伸形成的外延部与冷却板接触，相接触的母排与冷却板之间设置有绝缘纸。

进一步地，所述塑料外壳的底部对外开放，薄膜芯子外露或者被灌封料包裹。

进一步地，所述塑料外壳靠近冷却板的底部延伸有固定脚，所述固定脚通过螺钉与冷却板紧固连接。

进一步地，所述延伸至塑料外壳外部的母排外延部与冷却板通过螺钉固定连接，螺钉孔的周围设有使母排和螺钉电压绝缘的塑料层。

其中，所述塑料外壳底部与冷却板接触的外周涂有隔绝水汽的密封胶。所述冷却板为水冷板。所述塑料外壳的内壁上覆盖有灌封料。

本发明还提供一种薄膜电容器的散热方法，所述薄膜电容器包括中心轴垂直于冷却板的薄膜芯子、与薄膜芯子的端面连接的正负母排，所述薄膜芯子和正负母排装于封闭的塑料外壳中，塑料外壳的内部设有一层灌封料，包括以下步骤：去除塑料外壳和冷却板相接触的外壳底面及外壳底面上的灌封料，使正负母排外露；在冷却板上设置绝缘纸，使电容器的内部高压被隔离；与薄膜芯子底面连接的母排通过绝缘纸与冷却板接触进行散热，与薄膜芯子顶面连接的母排沿薄膜芯子的侧壁延伸并在塑料外壳的底部形成一母排外延部，所述母排外延部通过绝缘纸与冷却板接触进行热量传递；在塑料外壳底部与冷却板接触的间隙外周涂上密封胶以隔绝水汽进入；在塑料外壳靠近冷却板的底部延伸形成固定脚，在固定脚上安装螺钉使塑料外壳和冷却板紧固连接；同时在母排外延部打螺钉孔，并在螺钉孔周围注塑一塑料层，安装螺钉使母排与冷却板紧密接触。