用于机动车辆功率电子模块的电容器单元和相应的制造方法
【专利摘要】一种电容器单元，该电容器单元包括容置于设有冷却翅片(2)的金属容器(9)中的电化学电容器(11)。所述容器填充有导热且电绝缘的材料(21)。所述电容器通过正极性汇流条(15)和负极性汇流条(16)被设置，所述正极性汇流条(15)和负极性汇流条(16)通过隔离支撑件(10)而被保持分离。正汇流条包括接收所述电化学电容器(11)的正引脚(12)的第一孔(17)，负汇流条包括接收所述电化学电容器(11)的负引脚(13)的第二孔(18)。正汇流条还包括允许负引脚无电接触地穿过正汇流条的第一通孔(19)，负汇流条还包括允许正引脚无接触地穿过负汇流条的第二通孔(20)。根据本发明，所述容器包括密封器件(10、24)和排气器件(25)。
【专利说明】
用于机动车辆功率电子模块的电容器单元和相应的制造方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种用于机动车辆的功率电子模块的电容器单元，并涉及相应的制造 方法。
[0002 ]本发明还涉及在机动车辆的旋转电机领域中的应用。
【背景技术】
[0003] 带有热机的机动车辆通常包括车载电网，该车载电网包括一般为12V的电池，用于 给各种设备提供电能，尤其是给对于确保热机起动必不可少的起动器提供电能。在起动之 后，与热机联接的交流发电机确保所述电池的充电。
[0004] 当前，电子功率设备的发展允许实现可逆的交流/直流功率转换器设备，即该可逆 的交流/直流功率转换器单元要么作为整流器运行，要么作为换流器运行，以给有利地代替 了起动器和交流发电机的单个可逆多相旋转电机供电。
[0005] 在第一阶段，称为交流发电机-起动器的该机器的主要目的在于实现过去专属于 交流发电机和起动器的功能，且其次要目的在于在制动时回收能量或给热机提供额外功率 和扭矩。
[0006] 为了通过提高交流发电机-起动器的运行电压来增大功率和改善交流发电机-起 动器的效率，同时保留使用为12V至14V的供电(尤其是铅蓄电池)而设置的其它标准设备的 可能性，已经研发了一种双电压网络架构。
[0007] 该架构因此由在大于14V、可达到48V的电压下运行的功率电网和服务电网构成， 交流发电机-起动器连接到所述功率电网，所述服务电网连接所有其它设备。该两个网络之 间的电压水平的匹配由可逆直流/直流流功率转换器单元来确保。
[0008] 在第二阶段，生态学考虑引起设计在英文术语中被称作"mild-hybrid"（ "轻度-混 合"）的架构，在该架构中，交流发动机-起动器具有约为8至15KW的功率，该功率足以例如在 城市环境中以低速驱动车辆。
[0009]这样的功率给通常包括其上安装有电子构件(尤其是集成电路和诸如电容器的分 立元件）的印刷电路板的电子转换器的设计者提出新的问题。实际上，由于印刷电路的轨线 的厚度是小的，在需要强电流(例如约为数百安培)的应用的情况下，难以使用该安装。
[0010] 在国际专利申请W02013102720中，法雷奥电机设备（VALEO EQUIPEMENTS ELECTRIQUES M0TEUR)公司提出了双向直流电流-直流电流转换器和可逆的换流器的实施 例，这些实施例由于通过汇流条将电容器原装成紧凑的电容器单元而适于"轻度-混合"架 构。
[0011]然而，所述转换器并非明确地是能够被集成到交流发电机-起动器的后部轴承上 的可逆换流器，所述可逆换流器诸如目前能够被集成到交流发电机-起动器的后部轴承上 的具有更小功率的换流器。
[0012]在该应用领域中，换流器必须满足在机动车辆发动机罩之下特有的运行约束。换 流器尤其必须：
[0013] -能够抵抗高温；
[0014] -能够抵抗发动机罩下的流体；
[0015] -能够抵抗腐蚀性环境；
[0016] -不易于在电容器的引脚之间产生盐桥。
[0017] 该发明实体已直面这些约束，以设计一种电容器单元，该电容器单元用于被连接 在交流发电机-起动器的可逆换流器和具有48V的功率网络之间，以确保稳定来自于网络的 电压和减少由功率元件的切换产生的干扰。
[0018] 该必需的电容器单元包括并行连接的多个电容器，以减小阻抗。
[0019] 这些电容器属于在过热情况下能够释放氢气的电化学类型的电容器。
[0020] 排气是与电容器单元的、用于抵抗发动机罩的环境的密封要求相互矛盾的额外限 制条件，至今，似乎现有技术的已知解决方案未考虑排气。
【发明内容】
[0021 ]因此，本发明旨在解决该自相矛盾。
[0022] 本发明涉及一种用于机动车辆的功率电子模块的电容器单元，该电容器单元的类 型属于包括通过组装装置而被设置在金属容器中的多个电化学电容器的电容器单元。
[0023] 该容器在外部设有冷却翅片，并部分地填充有导热且电绝缘材料。
[0024]该组装装置包括正极性汇流条和负极性汇流条，所述正极性汇流条和负极性汇流 条通过隔离支撑件而被无电接触地保持为一条在另一条之上，所述正极性汇流条和负极性 汇流条通过分别用于被电气连接到功率电子模块的正端子和负端子。
[0025]正极性汇流条包括接收电化学电容器的正引脚的至少一个第一定位孔，负极性汇 流条包括接收电化学电容器的负引脚的至少一个第二定位开孔。
[0026] 正极性汇流条还包括允许负引脚无电接触地穿过正极性汇流条的至少一个第一 通孔，负极性汇流条还包括允许正引脚无接触地穿过负极性汇流条的至少一个第二通孔。
[0027] 依据本发明，根据本发明的用于功率电子模块的电容器单元包括密封器件和排气 器件。
[0028] 根据另一特征，这些密封器件由封闭容器的盖件构成，排气器件很有利地由至少 一张防水透气膜构成。
[0029] 所述盖件有利地由隔离支撑件和面对第一和第二定位孔及第一和第二通孔而设 置在该隔离支撑件上的罩形成。
[0030] 根据另一特征，所述防水透气膜被设置在所述罩中。
[0031 ]所述隔离支撑件有利地包括用于填充所述容器的填充孔。
[0032] 电化学电容器优选地具有圆柱体的总体形状并包括至少两个负引脚，所述至少两 个负引脚自与轴向延伸的正引脚相同的一侧沿着该圆柱体的母线大致在外部延伸。
[0033] 本发明还涉及一种用于制造具有上述特征的、用于机动车辆的功率电子模块的电 容器单元的方法。
[0034]该方法属于的类型在于：
[0035]-通过组装装置组装多个电化学电容器，所述组装装置包括正极性汇流条和负极 性汇流条，所述正极性汇流条和负极性汇流条通过隔离支撑件被保持为一条在另一条之 上，且所述正极性汇流条和负极性汇流条分别用于被电气连接到功率电子模块的正端子和 负端子，所述正极性汇流条包括接收所述电化学电容器的正引脚的至少一个第一定位孔， 所述负极性汇流条包括接收所述电化学电容器的负引脚的至少一个第二定位孔，所述正极 性汇流条还包括允许负引脚无电接触地穿过所述正极性汇流条的至少一个第一通孔，所述 负极性汇流条还包括允许正引脚无接触地穿过所述负极性汇流条的至少一个第二通孔；
[0036] -通过焊接将电化学电容器的正引脚连接到正极性汇流条并将负引脚连接到负极 性汇流条；
[0037] 根据本发明，该方法包括以下步骤：
[0038] -通过以密封的方式将所述支撑件的周边部粘合到金属容器的边缘上，还将多个 所述电化学电容器设置在所述金属容器中，所述金属容器在外部设有冷却翅片；
[0039] -通过所述支撑件的填充孔用导热且电隔离材料部分地填充所述容器；
[0040]-以密封的方式将至少设有一张防水透气膜的罩面对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撑件上。
[0041 ]该焊接优选地是通过激光实现。
[0042] 根据一个具体实施例，用于填充容器的填充材料是树脂。
[0043] 本发明还涉及机动车辆的旋转电机，该旋转电机的类型属于包括集成功率电子模 块的旋转电机。
[0044]该旋转电机的显著之处在于其还包括如上所述的电容器单。
[0045] 这几项基本说明已使得由根据本发明的电容器单元、其制造方法和其应用所产生 的优点变得对本领域的技术人员而言是显而易见的。
[0046] 结合附图，在下文的说明中给出了对本发明的详细说明。要注意的是，这些附图的 目的仅在于图示说明书文本，且不以任何方式构成对本发明的范围的限制。
【附图说明】
[0047] 图1是本发明的一个优选实施例中的用于机动车辆的功率电子模块的电容器单元 的总体立体视图；
[0048] 图2是在图1中示出的电容器单元的局部分解视图，该视图示出了由盖件支撑的、 脱离容器的电容器；
[0049] 图3是在图1中示出的电容器单元的剖面图；
[0050]图4a和图4b是在图2中示出的、分别不带有和带有罩的盖件的立体视图；
[0051 ]图5是机动车辆的旋转电机的后部轴承的总体立体视图，该旋转电机包括与在图1 中示出的电容器单元相关联的功率电子模块。
【具体实施方式】
[0052]在本发明的一个优选实施例中，尤其如在图1中所示的优选实施例中，电容器单元 1作为具有大致棱柱形形状的紧凑单元被示出，该紧凑单元在外部具有冷却翅片2,并包括 被称为负凸耳的两个负极性凸耳3和4及分别具有极性B+和B-的端子7和8。两个负凸耳3和4 用于被分别连接到所关联的功率模块的两个负端子。B+端子7和B-端子8用于通过相应的连 接电缆连接到48V的功率网。端子7和8配备有相应的防错标记部件5和8,所述防错部件5和8 用于防止在连接电缆的电气连接中的错误。
[0053]如图2的分解视图所示，该电容器单元1主要由两部分构成：
[0054]-由模制的铝制成的壳体或容器9,冷却翅片2形成在其外壁中；
[0055] -隔离支撑件10,其形成盖件并支撑多个电化学电容器11、尤其是5个电化学电容 器11。
[0056] 电化学电容器11大致以由铝制成的圆柱形的形式示出，该圆柱形主体设有两个引 脚12、13,一个正引脚12和一个负引脚13,这两个引脚要么是轴向的、每个在圆柱体的每个 端部处延伸，要么两个都位于同一端部处。
[0057] 在本发明的该优选实施例中，所使用的电化学电容器11是"焊接星"（soldering star)类型的，具有包括在2000yF和6000yF之间的额定电容。
[0058] 如图3的剖面图所清楚地示出的，该电容器11包括一个轴向正引脚12和由环形圈 14连接的两个负引脚13(甚至三个或更多的负引脚，形成星形，电容器由此而得名）。
[0059] 该环形圈14的中央部分非常接近正引脚12,且可为在电容器11的正引脚12与负引 脚13之间产生盐桥的原因。
[0060] 每个电容器11的正引脚12激光焊接到正极性汇流条15上，该正极性汇流条15电气 连接到正凸耳32和相应的端子7。
[0061] 每个电容器11的负引脚13都被激光焊接到负极性汇流条16上，该负极性汇流条被 电气地连接到负凸耳3和4以及相应的端子8。
[0062] 所述两条汇流条15、16无电接触地、一条在另一条之上地被包覆成型在支撑件10 的塑料材料中。
[0063]如图3的剖面图清楚地示出，每个电容器11的正引脚被接收在正极性汇流条15的 第一定位孔17中，及负引脚13中的每个被接收在负极性汇流条16的第二定位孔18中。
[0064]为了允许负引脚13中的每个的焊接，正极性汇流条15,面对着这些负引脚13中的 每个，包括圆形的第一通孔19,所述第一通孔19具有足够的尺寸以避免任何电接触。
[0065]负极性汇流条16还包括围绕每个正引脚12的第二通孔20，以允许该引脚12无电接 触地穿过负极性汇流条16。
[0066] 如图3清楚地示出，容器9被导热且电绝缘材料21部分地填充，该材料优选地为树 月旨，该材料允许多个电化学电容器11与容器9的壁之间的热接触。
[0067] 支撑件10在容器9上的固定及容器9的边缘22与相面对的、支撑件10的周边部分23 之间的密封通过粘合连结确保，容器9的边缘22和支撑件10的周边部分23具有嵌接的两个 互补表面。
[0068]穿过第一和第二定位孔17、18通过激光将正引脚和负引脚12、13焊接到汇流条15、 16上的焊接方法不允许实现盖件10在该处的密封，罩24面对第一和第二定位孔17、18及第 一和第二通孔19、20而设置在支撑件10上，如图4a和图4b清楚地示出。
[0069] 为了允许在过热的情况下排气，同时保持密封，罩2 4包括:G〇RE-TEX⑩、 ΝΑΝΟ-TEX?.或类似类型的防水透气膜25,该膜的微孔或纳米孔使得气体通过但留住液 体。
[0070] 在正常运行中，在-40°C至+140°C之间的温度范围中，该防水透气膜还允许包含在 容器9中的空气的收缩或膨胀。
[0071]在本发明的该优选实施例中，在制造电容器单元1的过程中，在将罩24安置在位之 前，通过支撑件1 〇的填充孔26填充容器9。
[0072]作为激光焊接方法的变型，正负引脚12、13被钎焊到汇流条15、16上。
[0073]在第一和第二定位孔17、18中添加锡允许使支撑件10密封，且在该情况下罩24不 再是必需的。
[0074] 然而，为了在不存在罩24的情况下避免腐蚀，钎焊部通过胶体受到保护，该胶体填 充正极性汇流条15的每个第一通孔19,以及该胶体填充支撑件10的材料中的、围绕电容器 11的正引脚的每个空腔。
[0075] 在另一变型中使用了电焊。在该情况下，所要求的汇流条形状使得焊接不再通过 支撑件10实现容器9的密封，且围绕引脚12、13放置胶体成为不可行的。
[0076] 在该另一变型中，有利地通过帽件保护焊接部和电容器单元1的内部免受环境侵 蚀，所述帽件被放置在正极性汇流条15的每个第一通孔19和每个空腔之上。
[0077] 在上述两个变型中，在填充容器9之后，将防水透气膜设置在支撑件10的填充孔 中。
[0078] 图5详细地示出得益于根据本发明的电容器单元1的旋转电机的后部轴承27,该后 部轴承27用虚线示意性地表示。
[0079]该电容器单元1与可逆的直流电流/交流电流转换器28相关联，以稳定来自于48V 的网络的电压B+、B-，并减少由转换器28的功率元件产生的干扰。
[0080]由于其紧凑性和能够抵抗环境限制的特征，根据本发明的电容器单元1可被直接 设置在电机的后部轴承27上，以相比于未集成的电容器单元节省尺寸并缩短连接电缆的长 度、并因此减少电磁损失和干扰。
[0081 ]不言自明地，本发明不限于上述几个优选实施例。
[0082]类似的描述可涉及包括不同于5个的数量的电化学电容器11的电容器单元1的制 造，该电容器11包括不同于所具体化的数量的正和负引脚12、13。
[0083]功率电子模块28的类型仅是示例性地给出的。
[0084]对于电容器11的额定电容的数值和功率网电压B+、B_的数值也是同样仅是示例性 地给出的。
[0085]本发明因此涵盖所有可行的实施变型，只要这些变型保持在由之后的权利要求所 限定的范围中。
【主权项】
1. 一种用于机动车辆的功率电子模块(27)的电容器单元（I)，该电容器（1)单元的类型 属于包括通过组装装置而被设置在金属容器(9)中的多个电化学电容器（11)的电容器单 元，所述容器(9)在外部设有冷却翅片(2)并部分地填充有导热且电绝缘的材料(21)，所述 组装装置包括正极性汇流条（15)和负极性汇流条（16)，所述正极性汇流条（15)和负极性汇 流条(16)通过隔离支撑件（10)而被无电接触地保持为一条在另一条之上，且所述正极性汇 流条（15)和负极性汇流条（16)分别用于被电气连接到所述功率电子模块（28)的正端子 (29)和负端子(30)，所述正极性汇流条（15)包括接收所述电化学电容器（11)的正引脚（12) 的至少一个第一定位孔(17)，所述负极性汇流条(16)包括接收所述电化学电容器(11)的负 引脚(13)的至少一个第二定位孔(18)，所述正极性汇流条(15)还包括允许所述负引脚（13) 无电接触地穿过所述正极性汇流条（15)的至少一个第一通孔(19)，所述负极性汇流条（16) 还包括允许所述正引脚（12)无接触地穿过所述负极性汇流条（16)的至少一个第二通孔 (20)，所述电容器单元的特征在于，所述容器(9)包括密封器件（10、24)和排气器件(25)。2. 根据权利要求1所述的用于机动车辆的功率电子模块(28)的电容器单元（1)，其特征 在于，所述密封器件（1〇、24)由封闭所述容器(9)的盖件（10、24)构成，且所述排气器件(25) 由至少一个防水透气膜(25)构成。3. 根据权利要求2所述的用于机动车辆的功率电子模块(28)的电容器单元（1)，其特征 在于，所述盖件（1〇、24)由所述支撑件（10)和面对所述第一和第二定位孔(17、18)和所述第 一和第二通孔(19、20)而设置在所述支撑件（10)上的罩(24)形成。4. 根据权利要求3所述的用于机动车辆的功率电子模块(28)的电容器单元（1)，其特征 在于，所述防水透气膜(25)被设置于所述罩(24)中。5. 根据权利要求4所述的用于机动车辆的功率电子模块(28)的电容器单元（1)，其特征 在于，所述支撑件(10)包括用于填充所述容器(9)的填充孔(26)。6. 根据权利要求5所述的用于机动车辆的功率电子模块(28)的电容器单元（1)，其特征 在于，所述电化学电容器(11)具有圆柱体的总体形状，并包括至少两个所述负引脚(13)，该 至少两个所述负引脚（13)自与轴向延伸的正引脚（12)相同的一侧沿所述圆柱体的母线大 致在外部延伸。7. -种用于制造根据前述权利要求1至6中任一项所述的用于机动车辆的功率电子模 块(28)的电容器单元(1)的方法，该方法在于： -通过组装装置组装多个所述电化学电容器（11)，所述组装装置包括正极性汇流条 (15)和负极性汇流条（16)，所述正极性汇流条（15)和负极性汇流条（16)通过隔离支撑件 (10)被保持为一条在另一条之上，且所述正极性汇流条（15)和负极性汇流条（16)分别用于 被电气连接到所述功率电子模块(28)的正端子(29)和负端子(30)，所述正极性汇流条(15) 包括接收所述电化学电容器(11)的正引脚（12)的至少一个第一定位孔(17)，所述负极性汇 流条(16)包括接收所述电化学电容器(11)的负引脚(13)的至少一个第二定位孔(18)，所述 正极性汇流条（15)还包括允许所述负引脚（13)无电接触地穿过所述正极性汇流条（15)的 至少一个第一通孔(19)，所述负极性汇流条(16)还包括允许所述正引脚(12)无接触地穿过 所述负极性汇流条(16)的至少一个第二通孔(20); -通过焊接将所述正引脚（12)连接到所述正极性汇流条（15)并将所述负引脚（13)连接 到所述负极性汇流条(16); 其特征在于： -通过以密封的方式将所述支撑件（10)的周边部分（23)粘合到金属容器（9)的边缘 (22)上，还将多个所述电化学电容器（11)设置在所述金属容器(9)中，所述金属容器(9)在 外部设有冷却翅片(2); -通过所述支撑件（10)的填充孔（26)用导热且电绝缘材料（21)部分地填充所述容器 (9)； -以密封的方式将至少设有一个防水透气膜(25)的罩(24)面对所述第一和第二定位孔 (17、18)和所述第一和第二通孔(19、20)而粘合到所述支撑件（10)上。8. 根据权利要求7所述的用于机动车辆的功率电子模块(28)的电容器单元（1)的制造 方法，其特征在于，所述焊接通过激光实现。9. 根据权利要求7所述的用于机动车辆功率电子模块(28)的电容器单元（1)的制造方 法，其特征在于，所述材料(21)是树脂。10. -种机动车辆的旋转电机，该旋转电机是包括集成功率电子模块(28)的旋转电机， 其特征在于，所述旋转电机还包括根据前述权利要求1至6中任一项所述的电容器单元(1)。
【文档编号】H02M7/00GK105934877SQ201480073486
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2014年11月18日
【发明人】M.法尔吉尔, F.格林
【申请人】法雷奥电机设备公司