一种用于轨道交通的电容模组装置的制作方法

1.本实用新型涉及电容技术领域，尤其涉及一种用于轨道交通的电容模组装置。


背景技术：

2.电容具有储能、滤波及隔直通交的功能，是轨道交通电源系统的关键元器件。以dc/dc充电机为例，整个充电机系统中三个关键位置有应用电解或者薄膜电容，如图1所示，c
a
为支撑电容，降低母线电压的波动，保护半导体功率器件的稳定运行；c
b
为隔直电容，隔直流通交流，保护磁性元件不会因为偏磁而饱和；c
f
为输出滤波电容，滤除输出直流电压中的高频纹波分量，降低输出电压波动。
3.30kw的dc/dc充电机系统，直流母线电压额定值为600v，波动范围为500
‑
700v，传统的解决方案采用两只2200uf/400vdc电解电容串联方式，该方式虽然电路结构简单，但是缺点明显，主要包括以下三点：
4.1)单体电容积聚能量大，若发生恶性爆炸事故，危害严重；
5.2)两只串联耐压值为800v，安全裕量较小，过压风险较大；
6.3)无任何故障检测措施，若其中一只电容断路，系统无法及时识别，可能会导致后级半导体功率器件损坏。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的是针对现有技术的缺陷，提出了一种用于轨道交通的电容模组装置，将每列电容单体串联，构成串联支路，串联后的各串联支路并联，构成电容模组，使得电容模组具有大的电压裕量，同时实时监测每个电容单体的电压，即使发生恶性爆炸故障，由于单体电容的能量较小，危害较低，系统整体安全性高。
8.为实现上述目的，本实用新型实施例提供了一种用于轨道交通的电容模组装置，所述电容模组装置包括：x*y个电容单体和电路板；
9.所述x*y个电容单体呈x行y列矩阵排列在所述电路板上；
10.每列的x个所述电容单体串联，串联后的y条支路并联，构成电容模组。
11.优选的，所述电容单体为电解电容。
12.优选的，每个所述电容单体具有4个引脚。
13.优选的，所述电容模组装置还包括：x*y个贴片电阻；
14.每个所述电容单体并联一个所述贴片电阻。
15.优选的，所述电容模组装置还包括：电压检测单元；
16.当所述电压检测单元检测到任一所述电容单体的电压超出预设阈值时，生成报警信号。
17.优选的，所述x、y为正整数。
18.本实用新型实施例提供的一种用于轨道交通的电容模组装置，将每列电容单体串联，构成串联支路，串联后的各串联支路并联，构成电容模组，使得电容模组具有大的电压
裕量，同时实时监测每个电容单体的电压，即使发生恶性爆炸故障，由于单体电容的能量较小，危害较低，系统整体安全性高。
附图说明
19.图1为现有技术提供的用于轨道交通的电容串联方案的示意图；
20.图2为本实用新型提供的用于轨道交通的电容模组装置的电路示意图；
21.图3为本实用新型提供的用于轨道交通的电容模组装置的结构示意图；
22.图4为本实用新型提供的用于轨道交通的电容模组装置的均流示意图；
23.图5为本实用新型提供的电容单体的引脚示意图。
具体实施方式
24.下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
25.本实用新型实施例提供的用于轨道交通的电容模组装置，将每列电容单体串联，形成串联支路，串联后的各串联支路并联，构成电容模组，使得电容模组具有大的电压裕量，同时实时监测每个电容单体的电压，即使发生恶性爆炸故障，由于单体电容的能量较小，危害较低，系统整体安全性高。
26.图1为现有技术提供的用于轨道交通的电容串联方案的示意图，为实现上述目的，本实用新型实施例提供了一种用于轨道交通的电容模组装置，用于替换图1中的支撑电容c
a
，即电容单体c1和电容单体c2的串联。替换后的电路形式如图2所示。
27.图2为本实用新型提供的用于轨道交通的电容模组装置的电路示意图，如图2所示，可以看到本实用新型采用电容单体1阵列构成电容模组，用以降低母线电压的波动，保护后级的半导体功率器件的稳定运行，电容模组具体的电路结构在后面进行详述。
28.基于图2的电容单体1阵列的具体装置见图3。图3为本实用新型提供的用于轨道交通的电容模组装置的结构示意图，如图3所示，电容模组装置包括：x*y个电容单体1和电路板2。x*y个电容单体1呈x行y列矩阵排列在电路板2上。每列的x个电容单体1串联，构成串联支路，串联后的y条串联支路并联，构成电容模组。其中，x、y为正整数。
29.为了避免因电解电容单体的电容值存在差异，影响系统的稳定运行，电容模组装置中还包括：x*y个贴片电阻，贴片电阻在图3中没有示出。在具体的实现中，每个电容单体1可以并联一个贴片电阻，进行均压，进一步地降低母线电压的波动，保护后级元器件的稳定运行。
30.本实用新型提出的电解电容矩阵板是针对图1中的支撑电容c
a
的优化设计，由于要稳定母线电压通常需要较大的电容值。基于相同体积下电解电容的电容值更高的特点，本实用新型的电容单体1采用电解电容。
31.图4为本实用新型提供的用于轨道交通的电容模组装置的均流示意图，如图4所示，每条串联支路采用并联方式连接，保证了各个支路与正负母线之间的线路阻抗相同，解决了因每条支路线路阻抗不同而导致的电流不均的问题。
32.图5为本实用新型提供的电容单体1的引脚示意图，如图5所示，为保证电容模组能够满足车规振动冲击要求，每个电容单体1具有4个引脚，保证其稳定性和抗振性能。
33.需要说明的是，每个电容单体1的四个引脚中有两个引脚是短路的，图5中下方单
独的引脚是负极，上方三个引脚中的中的第二个引脚是与负极对应的正极，另外两个引脚短路，主要起固定作用。相比较传统的2个引脚的电容单体，本实用新型所采用的4个引脚的电容单体1更加抗震，稳定性更好。
34.传统的支撑电容c
f
没有任何故障措施，若其中一只电容断路，系统无法识别，可能会导致后级半导体功率器件损坏。
35.在本实用新型中，电容模组装置还包括：电压检测单元。当电压检测单元检测到任一电容单体1的电压超出预设阈值时，生成报警信号，并做出相应保护处理。从而避免因电容断路导致引起后级半导体浮动率器件损坏的问题。同时，本实用新型的电容模组装置中任意一个电容单体1发生断路，整体系统依然可以运行，这一点能够有效提高有轨交通的运营效率。
36.下面，以替代图1中采用c1和c2两只2200uf/400vdc电解电容单体串联的方案为例，进行说明。在一个具体的例子中，如图2所示，本实用新型采用12只电解电容单体1，通过每3个电容单体1串联，串联后4条串联支路并联的方式构成电容模组。具体的电路结构如下：
37.电容单体c
11
、电容单体c
12
和电容单体c
13
串联，构成第一串联支路。电容单体c
21
、电容单体c
22
和电容单体c
23
串联，构成第二串联支路。电容单体c
31
、电容单体c
32
和电容单体c
33
串联，构成第三串联支路。电容单体c
41
、电容单体c
42
和电容单体c
43
串联，构成第四串联支路。本实用新型将第一串联支路、第二串联支路、第三串联支路和第四串联支路并联，构成电容模组，替代原先的支撑电容c
f
。
38.贴片电阻r
11
、贴片电阻r
12
、贴片电阻r
13
、贴片电阻r
21
、贴片电阻r
22
、贴片电阻r
23
、贴片电阻r
31
、贴片电阻r
32
、贴片电阻r
33
、贴片电阻r
41
、贴片电阻r
42
和贴片电阻r
43
分别并联在一个电容单体上。具体为：贴片电阻r
11
并联在电容单体c
11
的两端，贴片电阻r
12
并联在电容单体c
12
的两端，贴片电阻r
13
并联在电容单体c
13
的两端，贴片电阻r
21
并联在电容单体c
21
的两端，贴片电阻r
22
并联在电容单体c
22
的两端，贴片电阻r
23
并联在电容单体c
23
的两端，贴片电阻r
31
并联在电容单体c
31
的两端，贴片电阻r
32
并联在电容单体c
32
的两端，贴片电阻r
33
并联在电容单体c
33
的两端，贴片电阻r
41
并联在电容单体c
41
的两端，贴片电阻r
42
并联在电容单体c
42
的两端，贴片电阻r
43
并联在电容单体c
43
的两端。
39.当支撑电容c
f
为图1中的电容单体c1和电容单体c2的串联时，通常电容单体c1和电容单体c2的能量较大，一旦发生恶性爆炸事故，危害严重。但是采用本实用新型的电容模组装置后，由于每个电容单体的能量较小，发生爆炸的危害大大降低，轨道交通的整体安全性也得到显著提升。
40.以下举例说明，电容单体c
11
、电容单体c
12
、电容单体c
13
、电容单体c
21
、电容单体c
22
、电容单体c
23
、电容单体c
31
、电容单体c
32
、电容单体c
33
、电容单体c
41
、电容单体c
42
和电容单体c
43
的参数均为820uf/400vdc,构成的电解电容模组整体耐压值为1200v，容值约为1100uf。传统的采用两只2200uf/400vdc电解电容串联后的耐压值为800v。由此可知，采用本实用新型的电容模组装置的安全裕量更大，安全性更高。
41.本实用新型实施例提供的用于轨道交通的电容模组装置，将每列电容单体串联，形成串联支路，串联的后各串联支路并联，构成电容模组，使得电容模组具有大的电压裕量，同时实时监测每个电容单体的电压，即使发生恶性爆炸故障，由于单体电容的能量较小，危害较低，系统整体安全性高。
42.在本实用新型中，术语均应做广义理解，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
43.以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。