用于機動車輛功率電子模塊的電容器單元和相應的制造方法

用于機動車輛功率電子模塊的電容器單元和相應的制造方法
【專利摘要】一種電容器單元，該電容器單元包括容置于設有冷卻翅片(2)的金屬容器(9)中的電化學電容器(11)。所述容器填充有導熱且電絕緣的材料(21)。所述電容器通過正極性匯流條(15)和負極性匯流條(16)被設置，所述正極性匯流條(15)和負極性匯流條(16)通過隔離支撐件(10)而被保持分離。正匯流條包括接收所述電化學電容器(11)的正引腳(12)的第一孔(17)，負匯流條包括接收所述電化學電容器(11)的負引腳(13)的第二孔(18)。正匯流條還包括允許負引腳無電接觸地穿過正匯流條的第一通孔(19)，負匯流條還包括允許正引腳無接觸地穿過負匯流條的第二通孔(20)。根據本發明，所述容器包括密封器件(10、24)和排氣器件(25)。
【專利說明】
用于機動車輛功率電子模塊的電容器單元和相應的制造方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種用于機動車輛的功率電子模塊的電容器單元，并涉及相應的制造 方法。
[0002 ]本發明還涉及在機動車輛的旋轉電機領域中的應用。
【背景技術】
[0003] 帶有熱機的機動車輛通常包括車載電網，該車載電網包括一般為12V的電池，用于 給各種設備提供電能，尤其是給對于確保熱機起動必不可少的起動器提供電能。在起動之 后，與熱機聯接的交流發電機確保所述電池的充電。
[0004] 當前，電子功率設備的發展允許實現可逆的交流/直流功率轉換器設備，即該可逆 的交流/直流功率轉換器單元要么作為整流器運行，要么作為換流器運行，以給有利地代替 了起動器和交流發電機的單個可逆多相旋轉電機供電。
[0005] 在第一階段，稱為交流發電機-起動器的該機器的主要目的在于實現過去專屬于 交流發電機和起動器的功能，且其次要目的在于在制動時回收能量或給熱機提供額外功率 和扭矩。
[0006] 為了通過提高交流發電機-起動器的運行電壓來增大功率和改善交流發電機-起 動器的效率，同時保留使用為12V至14V的供電(尤其是鉛蓄電池)而設置的其它標準設備的 可能性，已經研發了一種雙電壓網絡架構。
[0007] 該架構因此由在大于14V、可達到48V的電壓下運行的功率電網和服務電網構成， 交流發電機-起動器連接到所述功率電網，所述服務電網連接所有其它設備。該兩個網絡之 間的電壓水平的匹配由可逆直流/直流流功率轉換器單元來確保。
[0008] 在第二階段，生態學考慮引起設計在英文術語中被稱作"mild-hybrid"（ "輕度-混 合"）的架構，在該架構中，交流發動機-起動器具有約為8至15KW的功率，該功率足以例如在 城市環境中以低速驅動車輛。
[0009]這樣的功率給通常包括其上安裝有電子構件(尤其是集成電路和諸如電容器的分 立元件）的印刷電路板的電子轉換器的設計者提出新的問題。實際上，由于印刷電路的軌線 的厚度是小的，在需要強電流(例如約為數百安培)的應用的情況下，難以使用該安裝。
[0010] 在國際專利申請W02013102720中，法雷奧電機設備（VALEO EQUIPEMENTS ELECTRIQUES M0TEUR)公司提出了雙向直流電流-直流電流轉換器和可逆的換流器的實施 例，這些實施例由于通過匯流條將電容器原裝成緊湊的電容器單元而適于"輕度-混合"架 構。
[0011]然而，所述轉換器并非明確地是能夠被集成到交流發電機-起動器的后部軸承上 的可逆換流器，所述可逆換流器諸如目前能夠被集成到交流發電機-起動器的后部軸承上 的具有更小功率的換流器。
[0012]在該應用領域中，換流器必須滿足在機動車輛發動機罩之下特有的運行約束。換 流器尤其必須：
[0013] -能夠抵抗高溫；
[0014] -能夠抵抗發動機罩下的流體；
[0015] -能夠抵抗腐蝕性環境；
[0016] -不易于在電容器的引腳之間產生鹽橋。
[0017] 該發明實體已直面這些約束，以設計一種電容器單元，該電容器單元用于被連接 在交流發電機-起動器的可逆換流器和具有48V的功率網絡之間，以確保穩定來自于網絡的 電壓和減少由功率元件的切換產生的干擾。
[0018] 該必需的電容器單元包括并行連接的多個電容器，以減小阻抗。
[0019] 這些電容器屬于在過熱情況下能夠釋放氫氣的電化學類型的電容器。
[0020] 排氣是與電容器單元的、用于抵抗發動機罩的環境的密封要求相互矛盾的額外限 制條件，至今，似乎現有技術的已知解決方案未考慮排氣。

【發明內容】

[0021 ]因此，本發明旨在解決該自相矛盾。
[0022] 本發明涉及一種用于機動車輛的功率電子模塊的電容器單元，該電容器單元的類 型屬于包括通過組裝裝置而被設置在金屬容器中的多個電化學電容器的電容器單元。
[0023] 該容器在外部設有冷卻翅片，并部分地填充有導熱且電絕緣材料。
[0024]該組裝裝置包括正極性匯流條和負極性匯流條，所述正極性匯流條和負極性匯流 條通過隔離支撐件而被無電接觸地保持為一條在另一條之上，所述正極性匯流條和負極性 匯流條通過分別用于被電氣連接到功率電子模塊的正端子和負端子。
[0025]正極性匯流條包括接收電化學電容器的正引腳的至少一個第一定位孔，負極性匯 流條包括接收電化學電容器的負引腳的至少一個第二定位開孔。
[0026] 正極性匯流條還包括允許負引腳無電接觸地穿過正極性匯流條的至少一個第一 通孔，負極性匯流條還包括允許正引腳無接觸地穿過負極性匯流條的至少一個第二通孔。
[0027] 依據本發明，根據本發明的用于功率電子模塊的電容器單元包括密封器件和排氣 器件。
[0028] 根據另一特征，這些密封器件由封閉容器的蓋件構成，排氣器件很有利地由至少 一張防水透氣膜構成。
[0029] 所述蓋件有利地由隔離支撐件和面對第一和第二定位孔及第一和第二通孔而設 置在該隔離支撐件上的罩形成。
[0030] 根據另一特征，所述防水透氣膜被設置在所述罩中。
[0031 ]所述隔離支撐件有利地包括用于填充所述容器的填充孔。
[0032] 電化學電容器優選地具有圓柱體的總體形狀并包括至少兩個負引腳，所述至少兩 個負引腳自與軸向延伸的正引腳相同的一側沿著該圓柱體的母線大致在外部延伸。
[0033] 本發明還涉及一種用于制造具有上述特征的、用于機動車輛的功率電子模塊的電 容器單元的方法。
[0034]該方法屬于的類型在于：
[0035]-通過組裝裝置組裝多個電化學電容器，所述組裝裝置包括正極性匯流條和負極 性匯流條，所述正極性匯流條和負極性匯流條通過隔離支撐件被保持為一條在另一條之 上，且所述正極性匯流條和負極性匯流條分別用于被電氣連接到功率電子模塊的正端子和 負端子，所述正極性匯流條包括接收所述電化學電容器的正引腳的至少一個第一定位孔， 所述負極性匯流條包括接收所述電化學電容器的負引腳的至少一個第二定位孔，所述正極 性匯流條還包括允許負引腳無電接觸地穿過所述正極性匯流條的至少一個第一通孔，所述 負極性匯流條還包括允許正引腳無接觸地穿過所述負極性匯流條的至少一個第二通孔；
[0036] -通過焊接將電化學電容器的正引腳連接到正極性匯流條并將負引腳連接到負極 性匯流條；
[0037] 根據本發明，該方法包括以下步驟：
[0038] -通過以密封的方式將所述支撐件的周邊部粘合到金屬容器的邊緣上，還將多個 所述電化學電容器設置在所述金屬容器中，所述金屬容器在外部設有冷卻翅片；
[0039] -通過所述支撐件的填充孔用導熱且電隔離材料部分地填充所述容器；
[0040]-以密封的方式將至少設有一張防水透氣膜的罩面對所述第一和第二定位孔和所 述第一和第二通孔而粘合到所述支撐件上。
[0041 ]該焊接優選地是通過激光實現。
[0042] 根據一個具體實施例，用于填充容器的填充材料是樹脂。
[0043] 本發明還涉及機動車輛的旋轉電機，該旋轉電機的類型屬于包括集成功率電子模 塊的旋轉電機。
[0044]該旋轉電機的顯著之處在于其還包括如上所述的電容器單。
[0045] 這幾項基本說明已使得由根據本發明的電容器單元、其制造方法和其應用所產生 的優點變得對本領域的技術人員而言是顯而易見的。
[0046] 結合附圖，在下文的說明中給出了對本發明的詳細說明。要注意的是，這些附圖的 目的僅在于圖示說明書文本，且不以任何方式構成對本發明的范圍的限制。
【附圖說明】
[0047] 圖1是本發明的一個優選實施例中的用于機動車輛的功率電子模塊的電容器單元 的總體立體視圖；
[0048] 圖2是在圖1中示出的電容器單元的局部分解視圖，該視圖示出了由蓋件支撐的、 脫離容器的電容器；
[0049] 圖3是在圖1中示出的電容器單元的剖面圖；
[0050]圖4a和圖4b是在圖2中示出的、分別不帶有和帶有罩的蓋件的立體視圖；
[0051 ]圖5是機動車輛的旋轉電機的后部軸承的總體立體視圖，該旋轉電機包括與在圖1 中示出的電容器單元相關聯的功率電子模塊。
【具體實施方式】
[0052]在本發明的一個優選實施例中，尤其如在圖1中所示的優選實施例中，電容器單元 1作為具有大致棱柱形形狀的緊湊單元被示出，該緊湊單元在外部具有冷卻翅片2,并包括 被稱為負凸耳的兩個負極性凸耳3和4及分別具有極性B+和B-的端子7和8。兩個負凸耳3和4 用于被分別連接到所關聯的功率模塊的兩個負端子。B+端子7和B-端子8用于通過相應的連 接電纜連接到48V的功率網。端子7和8配備有相應的防錯標記部件5和8,所述防錯部件5和8 用于防止在連接電纜的電氣連接中的錯誤。
[0053]如圖2的分解視圖所示，該電容器單元1主要由兩部分構成：
[0054]-由模制的鋁制成的殼體或容器9,冷卻翅片2形成在其外壁中；
[0055] -隔離支撐件10,其形成蓋件并支撐多個電化學電容器11、尤其是5個電化學電容 器11。
[0056] 電化學電容器11大致以由鋁制成的圓柱形的形式示出，該圓柱形主體設有兩個引 腳12、13,一個正引腳12和一個負引腳13,這兩個引腳要么是軸向的、每個在圓柱體的每個 端部處延伸，要么兩個都位于同一端部處。
[0057] 在本發明的該優選實施例中，所使用的電化學電容器11是"焊接星"（soldering star)類型的，具有包括在2000yF和6000yF之間的額定電容。
[0058] 如圖3的剖面圖所清楚地示出的，該電容器11包括一個軸向正引腳12和由環形圈 14連接的兩個負引腳13(甚至三個或更多的負引腳，形成星形，電容器由此而得名）。
[0059] 該環形圈14的中央部分非常接近正引腳12,且可為在電容器11的正引腳12與負引 腳13之間產生鹽橋的原因。
[0060] 每個電容器11的正引腳12激光焊接到正極性匯流條15上，該正極性匯流條15電氣 連接到正凸耳32和相應的端子7。
[0061] 每個電容器11的負引腳13都被激光焊接到負極性匯流條16上，該負極性匯流條被 電氣地連接到負凸耳3和4以及相應的端子8。
[0062] 所述兩條匯流條15、16無電接觸地、一條在另一條之上地被包覆成型在支撐件10 的塑料材料中。
[0063]如圖3的剖面圖清楚地示出，每個電容器11的正引腳被接收在正極性匯流條15的 第一定位孔17中，及負引腳13中的每個被接收在負極性匯流條16的第二定位孔18中。
[0064]為了允許負引腳13中的每個的焊接，正極性匯流條15,面對著這些負引腳13中的 每個，包括圓形的第一通孔19,所述第一通孔19具有足夠的尺寸以避免任何電接觸。
[0065]負極性匯流條16還包括圍繞每個正引腳12的第二通孔20，以允許該引腳12無電接 觸地穿過負極性匯流條16。
[0066] 如圖3清楚地示出，容器9被導熱且電絕緣材料21部分地填充，該材料優選地為樹 月旨，該材料允許多個電化學電容器11與容器9的壁之間的熱接觸。
[0067] 支撐件10在容器9上的固定及容器9的邊緣22與相面對的、支撐件10的周邊部分23 之間的密封通過粘合連結確保，容器9的邊緣22和支撐件10的周邊部分23具有嵌接的兩個 互補表面。
[0068]穿過第一和第二定位孔17、18通過激光將正引腳和負引腳12、13焊接到匯流條15、 16上的焊接方法不允許實現蓋件10在該處的密封，罩24面對第一和第二定位孔17、18及第 一和第二通孔19、20而設置在支撐件10上，如圖4a和圖4b清楚地示出。
[0069] 為了允許在過熱的情況下排氣，同時保持密封，罩2 4包括:G〇RE-TEX⑩、 ΝΑΝΟ-TEX?.或類似類型的防水透氣膜25,該膜的微孔或納米孔使得氣體通過但留住液 體。
[0070] 在正常運行中，在-40°C至+140°C之間的溫度范圍中，該防水透氣膜還允許包含在 容器9中的空氣的收縮或膨脹。
[0071]在本發明的該優選實施例中，在制造電容器單元1的過程中，在將罩24安置在位之 前，通過支撐件1 〇的填充孔26填充容器9。
[0072]作為激光焊接方法的變型，正負引腳12、13被釬焊到匯流條15、16上。
[0073]在第一和第二定位孔17、18中添加錫允許使支撐件10密封，且在該情況下罩24不 再是必需的。
[0074] 然而，為了在不存在罩24的情況下避免腐蝕，釬焊部通過膠體受到保護，該膠體填 充正極性匯流條15的每個第一通孔19,以及該膠體填充支撐件10的材料中的、圍繞電容器 11的正引腳的每個空腔。
[0075] 在另一變型中使用了電焊。在該情況下，所要求的匯流條形狀使得焊接不再通過 支撐件10實現容器9的密封，且圍繞引腳12、13放置膠體成為不可行的。
[0076] 在該另一變型中，有利地通過帽件保護焊接部和電容器單元1的內部免受環境侵 蝕，所述帽件被放置在正極性匯流條15的每個第一通孔19和每個空腔之上。
[0077] 在上述兩個變型中，在填充容器9之后，將防水透氣膜設置在支撐件10的填充孔 中。
[0078] 圖5詳細地示出得益于根據本發明的電容器單元1的旋轉電機的后部軸承27,該后 部軸承27用虛線示意性地表示。
[0079]該電容器單元1與可逆的直流電流/交流電流轉換器28相關聯，以穩定來自于48V 的網絡的電壓B+、B-，并減少由轉換器28的功率元件產生的干擾。
[0080]由于其緊湊性和能夠抵抗環境限制的特征，根據本發明的電容器單元1可被直接 設置在電機的后部軸承27上，以相比于未集成的電容器單元節省尺寸并縮短連接電纜的長 度、并因此減少電磁損失和干擾。
[0081 ]不言自明地，本發明不限于上述幾個優選實施例。
[0082]類似的描述可涉及包括不同于5個的數量的電化學電容器11的電容器單元1的制 造，該電容器11包括不同于所具體化的數量的正和負引腳12、13。
[0083]功率電子模塊28的類型僅是示例性地給出的。
[0084]對于電容器11的額定電容的數值和功率網電壓B+、B_的數值也是同樣僅是示例性 地給出的。
[0085]本發明因此涵蓋所有可行的實施變型，只要這些變型保持在由之后的權利要求所 限定的范圍中。
【主權項】
1. 一種用于機動車輛的功率電子模塊(27)的電容器單元（I)，該電容器（1)單元的類型 屬于包括通過組裝裝置而被設置在金屬容器(9)中的多個電化學電容器（11)的電容器單 元，所述容器(9)在外部設有冷卻翅片(2)并部分地填充有導熱且電絕緣的材料(21)，所述 組裝裝置包括正極性匯流條（15)和負極性匯流條（16)，所述正極性匯流條（15)和負極性匯 流條(16)通過隔離支撐件（10)而被無電接觸地保持為一條在另一條之上，且所述正極性匯 流條（15)和負極性匯流條（16)分別用于被電氣連接到所述功率電子模塊（28)的正端子 (29)和負端子(30)，所述正極性匯流條（15)包括接收所述電化學電容器（11)的正引腳（12) 的至少一個第一定位孔(17)，所述負極性匯流條(16)包括接收所述電化學電容器(11)的負 引腳(13)的至少一個第二定位孔(18)，所述正極性匯流條(15)還包括允許所述負引腳（13) 無電接觸地穿過所述正極性匯流條（15)的至少一個第一通孔(19)，所述負極性匯流條（16) 還包括允許所述正引腳（12)無接觸地穿過所述負極性匯流條（16)的至少一個第二通孔 (20)，所述電容器單元的特征在于，所述容器(9)包括密封器件（10、24)和排氣器件(25)。2. 根據權利要求1所述的用于機動車輛的功率電子模塊(28)的電容器單元（1)，其特征 在于，所述密封器件（1〇、24)由封閉所述容器(9)的蓋件（10、24)構成，且所述排氣器件(25) 由至少一個防水透氣膜(25)構成。3. 根據權利要求2所述的用于機動車輛的功率電子模塊(28)的電容器單元（1)，其特征 在于，所述蓋件（1〇、24)由所述支撐件（10)和面對所述第一和第二定位孔(17、18)和所述第 一和第二通孔(19、20)而設置在所述支撐件（10)上的罩(24)形成。4. 根據權利要求3所述的用于機動車輛的功率電子模塊(28)的電容器單元（1)，其特征 在于，所述防水透氣膜(25)被設置于所述罩(24)中。5. 根據權利要求4所述的用于機動車輛的功率電子模塊(28)的電容器單元（1)，其特征 在于，所述支撐件(10)包括用于填充所述容器(9)的填充孔(26)。6. 根據權利要求5所述的用于機動車輛的功率電子模塊(28)的電容器單元（1)，其特征 在于，所述電化學電容器(11)具有圓柱體的總體形狀，并包括至少兩個所述負引腳(13)，該 至少兩個所述負引腳（13)自與軸向延伸的正引腳（12)相同的一側沿所述圓柱體的母線大 致在外部延伸。7. -種用于制造根據前述權利要求1至6中任一項所述的用于機動車輛的功率電子模 塊(28)的電容器單元(1)的方法，該方法在于： -通過組裝裝置組裝多個所述電化學電容器（11)，所述組裝裝置包括正極性匯流條 (15)和負極性匯流條（16)，所述正極性匯流條（15)和負極性匯流條（16)通過隔離支撐件 (10)被保持為一條在另一條之上，且所述正極性匯流條（15)和負極性匯流條（16)分別用于 被電氣連接到所述功率電子模塊(28)的正端子(29)和負端子(30)，所述正極性匯流條(15) 包括接收所述電化學電容器(11)的正引腳（12)的至少一個第一定位孔(17)，所述負極性匯 流條(16)包括接收所述電化學電容器(11)的負引腳(13)的至少一個第二定位孔(18)，所述 正極性匯流條（15)還包括允許所述負引腳（13)無電接觸地穿過所述正極性匯流條（15)的 至少一個第一通孔(19)，所述負極性匯流條(16)還包括允許所述正引腳(12)無接觸地穿過 所述負極性匯流條(16)的至少一個第二通孔(20); -通過焊接將所述正引腳（12)連接到所述正極性匯流條（15)并將所述負引腳（13)連接 到所述負極性匯流條(16); 其特征在于： -通過以密封的方式將所述支撐件（10)的周邊部分（23)粘合到金屬容器（9)的邊緣 (22)上，還將多個所述電化學電容器（11)設置在所述金屬容器(9)中，所述金屬容器(9)在 外部設有冷卻翅片(2); -通過所述支撐件（10)的填充孔（26)用導熱且電絕緣材料（21)部分地填充所述容器 (9)； -以密封的方式將至少設有一個防水透氣膜(25)的罩(24)面對所述第一和第二定位孔 (17、18)和所述第一和第二通孔(19、20)而粘合到所述支撐件（10)上。8. 根據權利要求7所述的用于機動車輛的功率電子模塊(28)的電容器單元（1)的制造 方法，其特征在于，所述焊接通過激光實現。9. 根據權利要求7所述的用于機動車輛功率電子模塊(28)的電容器單元（1)的制造方 法，其特征在于，所述材料(21)是樹脂。10. -種機動車輛的旋轉電機，該旋轉電機是包括集成功率電子模塊(28)的旋轉電機， 其特征在于，所述旋轉電機還包括根據前述權利要求1至6中任一項所述的電容器單元(1)。
【文檔編號】H02M7/00GK105934877SQ201480073486
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2014年11月18日
【發明人】M.法爾吉爾, F.格林
【申請人】法雷奧電機設備公司