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CN117438212A - 用于换流器的电容器单元和用于制造电容器单元的方法 - Google Patents

用于换流器的电容器单元和用于制造电容器单元的方法 Download PDF

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CN117438212A
CN117438212A CN202310889905.8A CN202310889905A CN117438212A CN 117438212 A CN117438212 A CN 117438212A CN 202310889905 A CN202310889905 A CN 202310889905A CN 117438212 A CN117438212 A CN 117438212A
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CN
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busbar
capacitor
capacitor unit
heat sink
capacitor element
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CN202310889905.8A
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约纳斯·策勒
迈克尔·科尔
王鹏帅
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ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
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Publication date
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Abstract

用于换流器的电容器单元和用于制造电容器单元的方法。尤其是提出了一种用于换流器(120)的电容器单元(135)，其中，电容器单元(135)具有第一汇流排(200)、第二汇流排(205)和布置在第一汇流排与第二汇流排之间的至少一个电容器元件(210)，其中，电容器元件(210)在第一侧(215)处与第一汇流排(200)电连接，并且其中，电容器元件(210)在与第一侧(215)相背的第二侧(220)处与第二汇流排(205)电连接，电容器单元还具有散热装置(225)，其中，散热装置(225)面式地与第一汇流排(200)热耦接，其中，散热装置(225)被构造成用于将热量从第一汇流排(200)导走。

Description

用于换流器的电容器单元和用于制造电容器单元的方法
技术领域
本发明涉及用于换流器的电容器单元、换流器、电车桥驱动器、机动车辆和用于制造电容器单元的方法。
背景技术
换流器在众多领域中被使用，例如在汽车工业中被使用。
DE 10 2015 211 202 A1描述了一种变流器壳体，其安装在车辆中并且配备了具有板形状的主体。
发明内容
在该背景下，本发明提出了根据独立权利要求的改进的用于换流器的电容器单元、改进的换流器、改进的电车桥驱动器、改进的机动车辆以及改进的用于制造电容器单元的方法。有利的设计方案由从属权利要求和接下来的描述得出。
通过介绍的技术方案提出了用于延长电容器的使用寿命和减少其成本的可能性。此外，能够使用具有较小介电强度的电容器或电容器单元，因此又可以减小电容器的整体结构尺寸。
本发明提出了一种用于换流器的电容器单元，该电容器单元具有第一汇流排、第二汇流排和布置在第一汇流排与第二汇流排之间的至少一个电容器元件。电容器元件在第一侧处与第一汇流排电连接并且在与第一侧相背的第二侧处与第二汇流排电连接。电容器单元还具有散热装置，其中，散热装置面式地与第一汇流散热耦接。散热装置被构造成用于将热量从第一汇流排导走。
汇流排例如也可以被称作母线，母线或母线的相应的部分区段可以与至少一个成形为卷包的电容器元件电耦接。由于电容器元件在通电时升温，所以有利的是，散热装置作为冷却体或热沉与电容器元件耦接。有利地，可以紧凑地实现电容器单元的结构。
根据一个实施方式，散热装置可以具有电绝缘的导热元件和用于输出热量的散热体，其中，导热元件可以布置在第一汇流排与散热体之间并且与第一汇流排和散热体热耦接。导热元件被构造成用于可以使热量从第一汇流排传递到散热体上。这意味着，导热元件可以面式接触散热体和第一汇流排。由此可以有利地减少空间需求并且延长电容器单元的使用寿命，这是因为通过面式的散热降低了针对例如由于过热而造成损坏的风险。
此外，导热元件可以被成形为粘合膜。有利地，粘合膜可以简单且无滑脱地被安置并且附加或替选于此地被用于固定散热体。然而替选地，替代粘合膜，也可以使用导热膏或其它能导热的介质来作为导热元件。
第二汇流排可以在电容器元件的第二侧处具有至少一个弹簧元件，弹簧元件可以与电容器元件接触且弹性预紧。尤其地，弹簧元件可以被构造成用于能够朝第一汇流排的方向挤压电容器元件。因此，弹簧元件可以被实施为接触臂，该接触臂被构造成用于例如关于电容器元件的卷包来补偿其公差。通过弹性可以实现的是，尽管电容器元件不同的卷匝数量，第一和第二汇流排仍可以电接触电容器元件。简而言之，电容器单元可以具有仍能够被电接触的不同卷绕的电容器元件，由此可以改进电容器单元的功能性。
根据一个实施方式，弹簧元件可以被成形为阶梯，阶梯可以被构造成能够面式接触电容器元件。阶梯例如可以具有短区段和与短区段邻接的长区段，其中，弹簧元件的长区段可以接触电容器元件。通过长区段可以有利地实现对电容器元件的面式接触。
此外，第一和第二汇流排在边缘区域中阶梯状地成形。尤其地，电容器元件可以在与边缘区域邻接的电容器区域中布置在汇流排之间。有利地，汇流排可以在边缘区域中具有多个阶梯，其区段可以具有至少近似相同的长度。通过阶梯状的成形可以有利地减少所需的结构空间并且附加或替选地使与所给定的结构空间相匹配成为可能。
电容器单元可以具有壳体，该壳体被成形出，以便流体密封地包围汇流排的至少一部分、电容器元件和散热装置。在此，壳体可以被成形出，以便保护电容器单元或电容器单元的各个部件不受外部影响。此外，壳体可以有利地具有塑料。壳体例如可以成形为塑料框架。
此外，壳体可以具有用于注入固定材料和/或浇注料的注入开口。注入开口例如可以在电容器单元的拼合状态中布置在汇流排的边缘区域中，从而例如能够注入固定材料。固定材料例如可以是浇注料。以该方式可以使电容器单元的有利制造成为可能。
根据一个实施方式，电容器单元可以具有用于使第一汇流排和第二汇流排彼此电绝缘的绝缘层，其中，绝缘层可以布置在第一汇流排与第二汇流排之间。尤其地，绝缘层可以被成形为绝缘纸并且/或者被布置在汇流排的阶梯状成形的边缘区域中。绝缘层例如可以布置在汇流排的边缘区域中，汇流排可以彼此平行延伸地布置在绝缘层的彼此相背的面上。
电容器单元可以具有至少一个另外的电容器元件，另外的电容器元件可以布置在第一汇流排与第二汇流排之间。在此，另外的电容器元件可以在第一侧处与第一汇流排电连接并且在第二侧处与第二汇流排电连接。有利地，电容器单元也可以附加地具有多个电容器元件，这些电容器元件例如可以不同地卷绕。如果这样的多个电容器元件还具有不同的尺寸，则仍可以通过第二汇流排，更确切地说通过其至少一个弹簧元件来实现公差补偿并且能够可靠地接触所有电容器元件。
本发明还涉及一种用于机动车辆的换流器、尤其是逆变器，该换流器具有在此提及的电容器单元的实施方式。换流器的特征尤其在于，构造有如前述那样的电容器单元。
根据一个实施方式，电容器单元在此可以形成中间回路电容器。换而言之，电容器单元可以充当换流器的中间回路电容器。
本发明还涉及一种用于机动车辆的电车桥驱动器，该电车桥驱动器具有至少一个电机、传动装置和在此提到的逆变器的实施方式。电车桥驱动器的特征尤其在于，构造有如前述那样的换流器。
传动装置可以具有用于减小电机转速的变速器以及差速器。
本发明还涉及一种具有在此提及的电车桥驱动器的实施方式并且附加或替选地具有在此提及的换流器的实施方式的机动车辆。该机动车辆的特征尤其在于，构造有如前述那样的电车桥驱动器并且附加或替选地构造有如前述那样的换流器。
本发明还涉及一种用于制造前述变体中的电容器单元的方法，其中，该方法包括提供步骤。在提供步骤中，提供第一汇流排、第二汇流排、电容器元件和散热装置。该方法还包括将至少一个电容器元件布置在第一汇流排与第二汇流排之间的步骤，其中，使电容器元件在第一侧处与第一汇流排电连接，并且其中，使电容器元件在与第一侧相背的第二侧处与第二汇流排电连接。此外，将散热装置面式地布置在第一汇流排上，以便将热量从第一汇流排导走。该方法还包括在使用固定材料的情况下固定第一汇流排、第二汇流排、电容器元件和散热装置的步骤，以便制造电容器单元。
方法例如可以自动化执行或者替选地手动执行。方法例如可以作为浇注工艺来实现。
附图说明
根据附图示例性地详细阐释本发明。其中：
图1示出根据一个实施例的机动车辆的示意图；
图2示出根据一个实施例的电容器单元的示意图；
图3示出电容器单元的一个实施例的示意图；
图4示出电容器单元的一个实施例的示意图；
图5示出电容器单元的一个实施例的示意图；
图6示出电容器单元的一个实施例的示意图；
图7示出电容器单元的一个实施例的示意图；
图8示出用于制造电容器单元的方法的一个实施例的流程图。
在接下来对本发明的优选实施例的描述中，针对在不同附图中示出且作用相似的元件使用相同或相似的附图标记，其中，取消对这些元件的重复性描述。
具体实施方式
图1示出了根据一个实施例的机动车辆100的示意图。机动车辆100例如可以被称作车辆并且具有电车桥驱动器105，该电车桥驱动器又具有至少一个电机110、传动装置115和换流器120、尤其是逆变器。电机110例如也被称作驱动单元或电动马达并且例如与传动装置115耦接。机动车辆100还具有例如被称作电池的能量供应装置125。换流器120接在能量供应装置125与电机110之间。换流器120具有多个(例如数量为六个的)开关130。换流器120还具有在接下来的附图中详细描述的电容器单元135。
换而言之，车辆100配备有用于汽车换流器120的具有改善的冷却的被描述为电容器单元135的中间回路电容器，如其在接下来的附图中所描述的那样。
图2示出根据一个实施例的电容器单元135的示意图。电容器单元135在此被用于换流器，如其例如在图1中描述的那样。电容器单元135在此具有第一汇流排200和第二汇流排205以及布置在汇流排200、205之间的至少一个电容器元件210。电容器元件210也被称作卷包并且在第一侧215处与第一汇流排200电连接并且在第二侧220处与第二汇流排205电连接。第一侧215和第二侧220在此相背。此外，电容器单元135还具有散热装置225，该散热装置面式地与第一汇流排200热耦接。散热装置225被构造成用于面式地将热量从第一汇流排200导走。更确切地说，散热装置225根据该实施例布置在电容器元件210的第一侧215上。
电容器单元135具有壳体230，该壳体围绕各个之前描述的构件布置。壳体230在此被构造成用于流体密封地保护这些构件不受外部影响。外部影响例如是温差或湿气或颗粒的侵入。此外，壳体230具有注入开口235，通过该注入开口使固定材料注入、例如浇入到壳体中。
根据该实施例，散热装置225具有电绝缘的导热元件240以及用于输出热量的散热体245。散热体245例如具有冷却肋250。导热元件240在此布置在第一汇流排200与散热体245之间并且与二者热耦接。更确切地说，导热元件240被构造成用于将热量从第一汇流排200传递到散热体245上。在此，导热元件240例如能实现为粘合膜或替选地能实现为导热膏。
根据该实施例，汇流排200、205具有两个不同的区域。在这里被描述为边缘区域255的第一区域中，汇流排200、205尽可能彼此平行布置。更确切地说，汇流排200、205在边缘区域255中成形为多个阶梯260或以多个阶梯260成形出，其中，这些阶梯260的并因此汇流排200、205的自由端部通入壳体230的注入开口235中。在此，各个阶梯区段例如均匀地成形，从而使它们分别至少近似地具有相同的长度和相同的高度。在汇流排200、205之间在边缘区域255中布置有绝缘层265，该绝缘层被构造成用于使汇流排200、205彼此电绝缘。绝缘层265例如被实施为绝缘纸。电容器区域270与边缘区域225邻接，在该电容器区域中，电容器元件210布置在汇流排200、205之间，汇流排在电容器区域270中比在边缘区域255中彼此更宽地间隔开。
第二汇流排205在电容器元件210的第二侧220上具有至少一个与电容器元件210电接触的弹簧元件275。弹簧元件275在此被构造成用于朝第一汇流排200的方向挤压电容器元件210，以便例如补偿关于电容器元件210的公差。根据该实施例，弹簧元件275也被成形为阶梯，以便面式接触电容器。这意味着，弹簧元件275借助短区段280与第二汇流排205耦接并具有与第二汇流排相背的自由端部。因此，自由端部相应于弹簧元件275的长区段285，所以弹簧元件275接触电容器元件210。因此，短区段280也能被称作连接区段。
根据一个实施例，电容器单元135具有至少一个另外的电容器元件290。在此，另外的电容器元件290布置在第一汇流排200与第二汇流排205之间并且也如电容器元件210那样与第一汇流排200和第二汇流排205电连接。电容器元件210、209在此能不同地实现，从而使电容器元件210、209中的一个电容器元件具有比另一个电容器元件更大数量的卷匝。此外，第二汇流排205例如具有相应于弹簧元件275成形出的另外的弹簧元件295，该另外的弹簧元件与另外的电容器元件290电连接。
通常，越发重要的是，有效冷却中间回路电容器，例如在此描述的电容器单元135，这是因为现代换流器中的电压、电流和切换频率提高并且由此提升了电容器单元135中的损耗功率和热生成。因此以如下方式实现电容器单元135的结构，即，在使用也被称作冷却器的散热装置225的情况下实现有效冷却。因此，对中间回路电容器的全面且优化的冷却的特征在于，两个也被称作母线的轨元件或汇流排200、205之一、尤其是第一汇流排200大面积地直接贴靠在散热装置225上并且在散热装置225与第一汇流排之间布置有能导热的、例如实现为粘合膜的导热元件240。电容器元件210、290的不同的尺寸和/或公差通过弹性成形的弹簧元件275、295向下、也就是向着第二侧220补偿。
换而言之，电容器单元135可以如下总结性地被描述，即，两个汇流排200、205中的一个汇流排在无气隙的情况下大面积地贴靠在散热装置225上。此外，根据一个实施例，在散热装置225与第一汇流排200之间布置有能导热的粘合膜。粘合膜在此是电绝缘的，并且电容器210、290的不同的尺寸和/或公差向下、也就是说在与散热装置225相背的侧上被补偿。此外，使用第二汇流排205的弹簧元件275、295用于公差补偿。电容器单元135例如且仅可选地作为完整的且能导电连接的部件安置或能安置在换流器中，并且逆变器整体系统例如被浇注。
图3示出电容器单元135的一个实施例的示意图。在此示出的电容器单元135相应于或类似于在图1至图2中至少一个图中描述的电容器单元1。更确切地说，在此示出的电容器单元135相应于图2中的电容器单元，其中，图3中的电容器单元135从另外的视角示出。根据该实施例，电容器元件210和另外的电容器元件290具有数量相同的卷匝300。同样，电容器单元135也如图2中那样具有与第一汇流排200接触的导热元件240以及散热体245。
图4示出电容器单元135的一个实施例的示意图。在此示出的电容器单元135例如类似于在图1至图3中的一个图所描述的电容器单元135。根据该实施例，电容器单元135具有三个电容器元件210、290、400，它们分别具有不同数量的卷匝300、405、410，从而在相应的电容器元件210、290、400与第二汇流排205之间的间距是不同的。换而言之，在此示出的电容器单元135相应于在图2至图3中的一个图所描述的电容器单元135，其区别在于电容器单元135包括三个电容器元件210、290、410，它们分别具有不同数量的卷匝300、405、410。此外，根据该实施例的电容器单元135未示出散热装置。应注意的是，也被称为电容器卷包的卷匝300、405、410的尺寸彼此不同。
图5示出电容器单元135的一个实施例的示意图。在此描述的电容器单元135相应于或类似于例如在图1至图4中的一个图所描述的电容器单元135。更确切地说，在此示出的电容器单元135相应于图2中的电容器单元135，其中，在图5中示出了电容器单元135的一部分。在图5中仅放大示出了边缘区域255。
图6示出电容器单元135的一个实施例的示意图。在此描述的电容器单元135相应于或类似于例如在图1至图4中的一个图所描述的电容器单元135，其中，在此放大示出了第二汇流排205的接触区域600，或者说放大示出了弹簧元件275与电容器元件210的接触部以及另外的弹簧元件295与另外的电容器元件290的接触部。
图7示出电容器单元135的一个实施例的示意图。电容器单元135例如类似于图1至图6中的至少一个图所描述的电容器单元135并且根据本实施例未示出壳体。电容器元件210、290的数量根据该实施例也能可变地实现。
图8示出用于制造电容器单元的方法800的一个实施例的流程图。通过方法800例如制造如已在图1至图7中的一个图中所描述的电容器单元。为此，方法800包括提供步骤805、布置步骤810和固定步骤815。
在提供步骤805中，提供第一汇流排、第二汇流排、电容器元件和散热装置。在布置步骤810中，将至少一个电容器元件布置在第一汇流排与第二汇流排之间，其中，使电容器元件在第一侧处与第一汇流排电连接并且使电容器元件在与第一侧相背的第二侧处与第二汇流排电连接。此外，在布置步骤810中将散热装置面式地，也就是说平整地布置在第一汇流排上，以便将热量从第一汇流排导走。在固定步骤815中，在使用固定材料、例如浇注材料的情况下使第一汇流排、第二汇流排、电容器元件和散热装置固定，以便制造电容器单元。
所描述的且在附图中示出的实施例仅示例性地选择。不同的实施例可以完全地或关于各个特征相互组合。实施例也可以通过另外的实施例的特征来补充。
如果实施例包括在第一特征与第二特征之间的连词“和/或”，则这可以被解读为，实施例根据一个实施方式不仅具有第一特征而且也具有第二特征，并且根据另外的实施方式要么仅具有第一特征要么仅具有第二特征。
附图标记列表
100机动车辆
105电车桥驱动器
110电机
115传动装置
120换流器
125能量供应装置
130多个开关
135电容器单元
200第一汇流排
205第二汇流排
210电容器元件
215第一侧
220第二侧
225散热装置
230壳体
235注入开口
240导热元件
245散热体
250冷却肋
255边缘区域
260阶梯
265绝缘层
270电容器区域
275弹簧元件
280短区段
285长区段
290另外的电容器元件
295另外的弹簧元件
300卷匝
400附加的电容器元件
405卷匝
410卷匝
600接触区域
800用于制造电容器单元的方法
805提供步骤
810布置步骤
815固定步骤

Claims (15)

1.用于换流器(120)的电容器单元(135)，其中，所述电容器单元(135)具有如下特征：
第一汇流排(200)和第二汇流排(205)；
至少一个电容器元件(210)，所述电容器元件布置在所述第一汇流排(200)与所述第二汇流排(205)之间，其中，所述电容器元件(210)在第一侧(215)处与所述第一汇流排(200)电连接，并且其中，所述电容器元件(210)在与所述第一侧(215)相背的第二侧(220)处与所述第二汇流排(205)电连接；和
散热装置(225)，其中，所述散热装置(225)面式地与所述第一汇流排(200)热耦接，其中，所述散热装置(225)被构造成用于将热量从所述第一汇流排(200)导走。
2.根据权利要求1所述的电容器单元(135)，其中，所述散热装置(225)具有电绝缘的导热元件(240)和用于输出热量的散热体(245)，其中，所述导热元件(240)布置在所述第一汇流排(200)与所述散热体(245)之间并且与所述第一汇流排和所述散热体热耦接，并且其中，所述导热元件(240)被构造成用于使热量从所述第一汇流排(200)传递到所述散热体(245)上。
3.根据权利要求2所述的电容器单元(135)，其中，所述导热元件(240)被成形为粘合膜。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电容器单元(135)，其中，所述第二汇流排(205)在所述电容器元件(210)的第二侧(220)处具有至少一个弹簧元件(275)，所述弹簧元件与所述电容器元件(210)接触且弹性预紧，尤其地，其中，所述弹簧元件(275)被构造成用于朝所述第一汇流排(200)的方向挤压所述电容器元件(210)。
5.根据权利要求4所述的电容器单元(135)，其中，所述弹簧元件(275)被成形为阶梯，所述阶梯被构造成用于面式接触所述电容器元件(210)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电容器单元(135)，其中，所述第一汇流排和所述第二汇流排(205)在边缘区域(255)中阶梯状地成形，尤其地，其中，所述电容器元件(210)在与所述边缘区域(255)邻接的电容器区域(270)中布置在汇流排(200、205)之间。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电容器单元(135)，所述电容器单元具有壳体(230)，所述壳体被成形出，以便流体密封地包围汇流排(200、205)的至少一部分、所述电容器元件(210)和所述散热装置(255)。
8.根据权利要求7所述的电容器单元(135)，其中，所述壳体(230)具有用于注入固定材料和/或浇注料的注入开口(235)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的电容器单元(135)，所述电容器单元具有用于使所述第一汇流排(200)和所述第二汇流排(205)彼此电绝缘的绝缘层(265)，其中，所述绝缘层(265)布置在所述第一汇流排(200)与所述第二汇流排(205)之间，尤其地，其中，所述绝缘层(265)被成形为绝缘纸并且/或者布置在汇流排(200、205)的阶梯状成形的边缘区域中。
10.根据前述权利要求中任一项所述的电容器单元(135)，其中，所述电容器单元(135)具有至少一个另外的电容器元件(290)，所述另外的电容器元件布置在所述第一汇流排(200)与所述第二汇流排(205)之间，其中，所述另外的电容器元件(290)在所述第一侧(215)处与所述第一汇流排(200)电连接，并且其中，所述另外的电容器元件(290)在所述第二侧(220)处与所述第二汇流排(205)电连接。
11.换流器(120)，尤其是逆变器，所述换流器具有根据前述权利要求中任一项所述的电容器单元(135)。
12.根据权利要求11所述的换流器(120)，其中，所述电容器单元(135)形成中间回路电容器。
13.用于机动车辆(100)的电车桥驱动器(105)，所述电车桥驱动器具有至少一个电机(110)、传动装置(115)和根据权利要求12所述的换流器(120)。
14.机动车辆(100)，所述机动车辆具有根据权利要求13所述的电车桥驱动器(105)和/或根据权利要求12所述的换流器(120)和/或根据权利要求1至11中任一项所述的电容器单元(135)。
15.用于制造根据权利要求1至11中任一项所述的电容器单元(135)的方法(800)，其中，所述方法包括如下步骤：
提供(805)第一汇流排(200)、第二汇流排(205)、电容器元件(210)和散热装置(225)；
将至少一个电容器元件(210)布置(810)在所述第一汇流排(200)与所述第二汇流排(205)之间，其中，使所述电容器元件(210)在第一侧(215)处与所述第一汇流排(200)电连接，并且其中，使所述电容器元件(210)在与所述第一侧(215)相背的第二侧(220)处与所述第二汇流排(205)电连接，并且将所述散热装置(225)面式地/平整地布置在所述第一汇流排(200)上，以便将热量从所述第一汇流排(200)导走；和
在使用固定材料的情况下固定(815)所述第一汇流排(200)、所述第二汇流排(205)、所述电容器元件(210)和所述散热装置(225)，以便制造所述电容器单元(135)。
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