一种薄膜电容器的结构及散热方法与流程

1.本发明涉及薄膜电容器领域，特别涉及一种薄膜电容器的结构及散热方法。


背景技术：

2.近年来，新能源汽车在汽车行业中发展迅速，薄膜电容器因具有无极性、自愈能力、高可靠性与频率特性好等特点，逐渐取代原有电解电容成为电机控制器支撑电容的主流选择。
3.电机控制器工作时，其功率器件和薄膜电容都会产生一定的发热的情况，导致电机控制器内部产生明显温升，特别是随着近年来sic等第三代半导体功率器件在电机控制器中得到逐步应用，由于sic控制器通常功率密度更高、散热条件有限，且sic基器件比si基器件耐受的工作温度更高，薄膜电容工作的环境温度及其本身的温度也逐渐升高，但是过高的工作温度会导致薄膜电容发生老化，导致其性能和寿命受到影响，因此需要优化其散热结构以提升薄膜电容的寿命及可靠性。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术薄膜电容因工作温度影响其性能及可靠性降低的问题，本发明提供了一种薄膜电容器的结构及散热方法。
5.本发明的技术内容如下：
6.一种薄膜电容器的结构，包括薄膜电容，所述薄膜电容内设置有薄膜电容芯体、薄膜电容热管理模块、温度传感器与半导体制冷片，所述薄膜电容芯体与所述温度传感器连接，所述温度传感器与所述薄膜电容热管理模块连接，所述薄膜电容热管理模块与所述半导体制冷片连接，所述半导体制冷片与所述薄膜电容芯体相连。
7.进一步地，所述薄膜电容热管理模块包括电压转换芯片、稳压器与单片机，所述电压转换芯片、稳压器与单片机依次连接，所述电压转换芯片与所述单片机连接，所述电压转换芯片与所述半导体制冷片连接，所述单片机连接所述温度传感器。
8.进一步地，所述薄膜电容连接有电机控制器主控板，所述薄膜电容通过薄膜电容热管理模块与所述电机控制器主控板连接，所述薄膜电容热管理模块通信连接所述电机控制器主控板以获取薄膜电容外的信息，所述薄膜电容热管理模块为所述电机控制器主控板提供冗余电源。
9.进一步地，所述薄膜电容热管理模块通过所述电压转换芯片与所述电机控制器主控板连接为所述电机控制器主控板提供冗余电源，所述薄膜电容热管理模块通过单片机与所述电机控制器主控板通信连接。
10.进一步地，所述薄膜电容连接有高压端口，所述薄膜电容芯体连接所述高压端口，所述薄膜电容热管理模块连接所述高压端口，所述高压端口为所述薄膜电容提供高压供电。
11.进一步地，所述薄膜电容连接有电机控制器功率部件，所述电机控制器功率部件
连接至所述高压端口，所述薄膜电容通过高压端口与所述电机控制器功率部件相连。
12.进一步地，所述半导体制冷片连接有水冷散热底板，所述水冷散热底板设置在所述薄膜电容下端。
13.进一步地，所述电压转换芯片为lt8315的隔离型反激式转换器。
14.一种薄膜电容器的散热方法，包括上述的薄膜电容器的结构，通过以下步骤：
15.根据所述薄膜电容热管理模块通过所述温度传感器检测到的薄膜电容芯体的温度，判断是否调节电压转换芯片的输出电压；
16.当所述薄膜电容热管理模块检测到薄膜电容芯体温度过高或温升速率过快时，所述薄膜电容热管理模块通过电压转换芯片将高压供电模式调节为低压供电模式，从而调节所述半导体制冷片的散热功率。
17.进一步地，所述薄膜电容热管理模块通过以下步骤调节所述半导体制冷片的散热功率：
18.所述高压端口正常上电后，薄膜电容被施加了高压，所述薄膜电容热管理模块内的电压转换芯片开始工作，与电压转换芯片连接的稳压器开始为单片机供电，单片机开始工作；
19.当所述薄膜电容热管理模块检测到薄膜电容芯体温度过高或温升速率过快时，通过电压转换芯片对输出电压进行调节，从而调节半导体制冷片的散热功率。
20.进一步地，所述半导体制冷片的散热功率通过以下进行调节：
21.所述单片机通过所述薄膜电容内部的温度传感器采集到薄膜电容芯体温度，或通过通信连接所述电机控制器主控板，以获取外界的直流电压、直流电流、开关频率、输出转矩、水冷散热底板温度等信息，通过获取得到的信息计算所述薄膜电容所需的散热量，通过调节电压转换芯片的输出电压对半导体制冷片的散热功率进行调节。
22.本发明的有益效果至少包括：本发明提供了一种薄膜电容器的结构及散热方法，通过在薄膜电容器内设置薄膜电容热管理模块、半导体制冷片及温度传感器等组件，实现调节半导体制冷片的散热功率以降低薄膜电容的工作温度，优化半导体制冷片能耗，提高薄膜电容的可靠性，薄膜电容热管理模块具有的低压供电冗余备份和辅助主动放电功能，能够进一步增强电机控制器的安全性。
附图说明
23.图1为本发明的薄膜电容结构的结构示意图。
24.图2为本发明的薄膜电容热管理模块的组成结构示意图。
25.其中：
26.1-薄膜电容热管理模块；
27.101-电压转换芯片；102-稳压器；103-单片机；
28.2-温度传感器；
29.3-半导体制冷片；
30.4-薄膜电容芯体；
31.5-薄膜电容；
32.6-电机控制器主控板；
33.7-高压端口；
34.8-电机控制器功率部件；
35.9-水冷散热底板。
具体实施方式
36.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
37.结合图1-2所示，本发明公开了一种薄膜电容5器的结构，包括薄膜电容5，所述薄膜电容5内设置有薄膜电容5芯体4、薄膜电容5热管理模块1、温度传感器2与半导体制冷片3，所述薄膜电容5芯体4与所述温度传感器2连接，所述温度传感器2与所述薄膜电容5热管理模块1连接，所述薄膜电容5热管理模块1与所述半导体制冷片3连接，所述半导体制冷片3与所述薄膜电容5芯体4相连。
38.进一步地，所述薄膜电容5热管理模块1包括电压转换芯片101、稳压器102与单片机103，所述电压转换芯片101、稳压器102与单片机103依次连接，所述电压转换芯片101与所述单片机103连接，所述电压转换芯片101与所述半导体制冷片3连接，所述单片机103连接所述温度传感器2。
39.进一步地，所述薄膜电容5连接有电机控制器主控板6，所述薄膜电容5通过薄膜电容5热管理模块1与所述电机控制器主控板6连接，所述薄膜电容5热管理模块1通信连接所述电机控制器主控板6以获取薄膜电容5外的信息，所述薄膜电容5热管理模块1为所述电机控制器主控板6提供冗余电源。
40.进一步地，所述薄膜电容5热管理模块1通过所述电压转换芯片101与所述电机控制器主控板6连接为所述电机控制器主控板6提供冗余电源，所述薄膜电容5热管理模块1通过单片机103与所述电机控制器主控板6通信连接。
41.进一步地，所述薄膜电容5连接有高压端口7，所述薄膜电容5芯体4连接所述高压端口7，所述薄膜电容5热管理模块1连接所述高压端口7，所述高压端口7为所述薄膜电容5提供高压供电。
42.进一步地，所述薄膜电容5连接有电机控制器功率部件8，所述电机控制器功率部件8连接至所述高压端口7，所述薄膜电容5通过高压端口7与所述电机控制器功率部件8相连。
43.进一步地，所述半导体制冷片3连接有水冷散热底板9，所述水冷散热底板9设置在所述薄膜电容5下端。
44.进一步地，所述电压转换芯片101为lt8315的隔离型反激式转换器。
45.半导体制冷片3与薄膜电容5芯体4直接相连，半导体制冷片3同时也与水冷散热底板9相连，当半导体制冷片3两侧被薄膜电容5热管理模块1通过板内电源控制端口施加电压时，半导体制冷片3开始工作，半导体制冷片3与薄膜电容5芯体4相接触的一侧吸收热量，半导体制冷片3另一侧通过与水冷散热底板9或电机控制器壳体相接触并导出热量。
46.薄膜电容5芯体4表面或内部布置有温度传感器2，薄膜电容5热管理模块1通过传
感器线束采集温度传感器2两端的电压信号传感器信号，当薄膜电容5热管理模块1内部模拟量采集端口检测到薄膜电容5芯体4温度过高或温升速率过快时，输出电压可调的低压供电，为半导体制冷片3工作提供能量，降低薄膜电容5的工作温度。
47.半导体制冷片3的工作电压由薄膜电容5热管理模块1直接输出，避免由于外界接入低压供电线束导致的系统可靠性下降，且半导体制冷片3的供电电压可调，使得半导体制冷片3的功能能耗得到优化。
48.为了保证薄膜电容5散热的可靠性，通过薄膜电容5热管理模块1内部自带的电压转换芯片101将输入薄膜电容5的高压转化为电压可调的低压，该可调电压可根据散热量需求加以调节，从而起到制冷功耗的作用。
49.如图2所示，为薄膜电容5热管理模块1的工作示意图。当高压端口7正常上电后，薄膜电容5上就施加了高压，此时电压转换芯片101开始工作，通过稳压器102后为薄膜热管理模块的单片机103供电，单片机103开始工作。
50.单片机103工作后，可以对电压转换芯片101的输出电压进行调节，从而调节半导体制冷片3的散热功率，单片机103通过薄膜电容5内部的温度传感器2采集薄膜电容5温度，也可以与电机控制器主控板6以can总线等方式通信，获取外界的直流电压、直流电流、开关频率、输出转矩、水冷散热底板9的温度等信息，根据采集到的信息可以预估当前的薄膜电容5所需的散热量，结合半导体制冷片3的散热功率以多目标优化等方式调节电压转换芯片101的输出电压，且在不需要制冷时可通过开关器关断对外的电压输出，进一步地起到节能的目的。
51.温度传感器2设置在薄膜电容5内，而选择不设置在薄膜电容5热管理模块1内的原因是：减少内嵌传感器的目的是为了减少薄膜电容5的尺寸并降低成本。
52.本发明的薄膜电容5热管理模块1输出的低压供电，还可经处理后提供给电机控制器主控板6，从而在电机控制器控制系统供电异常时，薄膜电容5热管理模块1对外提供冗余电源，保证电机控制器的正常工作，满足电机控制器的功能安全需求；在电机控制器需要进行主动或被动放电时，电压转换芯片101还可以实现辅助高压放电功能，进一步加快主动放电速度。
53.本发明提供的薄膜电容5器，通过内置薄膜电容5热管理模块1和半导体制冷片3结构，既能够充分保证薄膜电容5的工作温度，具有结构紧凑、散热性能好、能耗低、可靠性高的优点，又可通过薄膜电容5热管理模块1具备的低压供电冗余备份和辅助主动放电功能，进一步起到增强电机控制器的安全性；本发明的散热方法，能使得薄膜电容5能够在更高环境温度下工作，从而充分发挥sic功率器件的性能。
54.一种薄膜电容5器的散热方法，包括上述的薄膜电容5器的结构，通过以下步骤：
55.根据所述薄膜电容5热管理模块1通过所述温度传感器2检测到的薄膜电容5芯体4的温度，判断是否调节电压转换芯片101的输出电压；
56.当所述薄膜电容5热管理模块1检测到薄膜电容5芯体4温度过高或温升速率过快时，所述薄膜电容5热管理模块1通过电压转换芯片101将高压供电模式调节为低压供电模式，从而调节所述半导体制冷片3的散热功率。
57.进一步地，所述薄膜电容5热管理模块1通过以下步骤调节所述半导体制冷片3的散热功率：
58.所述高压端口7正常上电后，薄膜电容5被施加了高压，所述薄膜电容5热管理模块1内的电压转换芯片101开始工作，与电压转换芯片101连接的稳压器102开始为单片机103供电，单片机103开始工作；
59.当所述薄膜电容5热管理模块1检测到薄膜电容5芯体4温度过高或温升速率过快时，通过电压转换芯片101对输出电压进行调节，从而调节半导体制冷片3的散热功率。
60.进一步地，所述半导体制冷片3的散热功率通过以下进行调节：
61.所述单片机103通过所述薄膜电容5内部的温度传感器2采集到薄膜电容5芯体4温度，或通过通信连接所述电机控制器主控板6，以获取外界的直流电压、直流电流、开关频率、输出转矩、水冷散热底板9温度等信息，通过获取得到的信息计算所述薄膜电容5所需的散热量，通过调节电压转换芯片101的输出电压对半导体制冷片3的散热功率进行调节。
62.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。