用于电动交通工具(EV)或混合动力交通工具(HEV)中的逆变器的热传导器

摘要

用于电动交通工具（EV）或混合动力交通工具（HEV）中的逆变器的热传导器，逆变器包括直流侧电容器，直流侧电容器具有被堆叠地配置以形成实质上多边形棱柱的多个薄膜电容器。每个薄膜电容器具有正交各向异性特性。热传导器具有第一实质上平面的构件以及第二实质上平面的构件，第一实质上平面的构件被配置为接触由薄膜电容器中的一个形成的多边形棱柱的第一侧，第二实质上平面的构件被配置为接触与矩形棱柱的第一侧相反的多边形棱柱的第二侧，矩形棱柱的第二侧由薄膜电容器中的另一个形成。第一平面的构件和第二平面的构件是热传导的，以消散由薄膜电容器产生的热，被互相连接器附接，并且具有足够的刚度以约束薄膜电容器在其厚度上的膨胀。

说明书

技术领域

下文涉及用于与电动交通工具（EV）或混合动力交通工具（HEV）中的逆变器共同使用的热传导器。 

背景技术

由电动机或电动机和汽油发动机提供动力的机动交通工具普遍地被称为电动交通工具（EV）或混合动力交通工具（HEV）。如本领域中熟知的，这样的交通工具包括用于向其电动机供应电力的电池。电动和混合动力交通工具典型地使用被配置为整流来自120伏特或240伏特交流电（AC）公用电源线来提供用于向这些电池充电，以用于通过交通工具电池进行储存。 

电动和混合动力交通工具还包括用于在把由交通工具电池提供的直流电（DC）电压转换为用于向交通工具的电动机或马达提供电力的交流电压中使用的逆变器。这样的逆变器可以包括开关模块，例如集成栅双极型晶体管（IGBT）模块，和直流侧电容器，直流侧电容器本身可以包括多个薄膜电容器。 

在把输入直流电压转换为交流电压输出时，由于IGBT功率模块的开关操作，直流侧电容器的薄膜电容器产生热。由于这些操作产生的热应当被消散，使得逆变器可以继续有效地运行。由IGBT功率模块和直流侧电容器的操作产生的那些热可以使用被提供为逆变器的一部分的冷却板而消散。 

在这方面，用于在电动或混合动力交通工具中使用的示例性的功率变换器在名称为“功率变换器（Power Converter）”的美国专利第7,974,101 号中提出。示例性的热消散装置及其多种特征在名称为“具有高热量和低热量产生元件的电子零件的冷却装置（Cooling Device Of Electronic Part Having High And Low Heat Generating Elements）”的美国专利第6,466,441号中、在名称为“用于与热电装置共同使用的各向异性热分散器（Anisotropic Heat Spreader For Use With A Thermoelectric Device）”的美国专利申请公布第2010/0081191号中以及在名称为“具有热消散元件的功率半导体模块组件（Power Semiconductor Module Assembly With Heat Dissipating Element）”的美国专利申请公布第2010/0078807号中提出。 

然而，由于因为在EV或HEV中使用的逆变器的操作产生的热，存在对除了可以由目前在与EV或HEV逆变器共同使用的标准冷却板提供的热消散之外的其他热消散的需要。这样的逆变器将包括被配置为接触直流侧电容器以提供对由逆变器操作产生的热的其他消散的热传导器。 

发明内容

根据本文公开的一个实施方案，提供用于与电动交通工具（EV）或混合动力交通工具（HEV）中的逆变器共同使用的热传导器。所述逆变器包括直流（DC）侧电容器，直流（DC）侧电容器包括被堆叠地配置以形成实质上多边形棱柱的多个薄膜电容器。每个薄膜电容器具有正交各向异性特性，使得在每个薄膜电容器厚度上的导热率不同于在薄膜电容器的另一个维度上的导热率，并且使得在每个薄膜电容器的厚度上的刚度小于在薄膜电容器的另一个维度上的刚度。 

热传导器包括第一实质上平面的构件，所述第一实质上平面的构件被配置为接触由薄膜电容器中的单独一个形成的多边形棱柱的第一侧。第一实质上平面的构件包含用于消散由多个薄膜电容器产生的热的热传导材料。热传导器还包括第二实质上平面的构件，所述第二实质上平面的构件被配置为接触与矩形棱柱的第一侧相反的多边形棱柱的第二侧，矩形棱柱的第二侧由薄膜电容器中的另一单独的一个形成。第二实质上平面的构件包含用于消散由多个薄膜电容器产生的热的热传导材料。热传导器还包括用于固定地附接第一实质上平面的构件和第二实质上平面的构件的互相 连接器。第一实质上平面的构件和第二实质上平面的构件具有足够的刚度以约束多个薄膜电容器在其厚度上的膨胀。 

根据本文公开的另一个实施方案，提供用于与电动交通工具（EV）或混合动力交通工具（HEV）中的逆变器共同使用的热传导器。逆变器包括直流（DC）侧电容器，所述直流（DC）侧电容器包括被堆叠地配置以形成实质上多边形棱柱的多个薄膜电容器。每个薄膜电容器具有正交各向异性特性，使得在每个薄膜电容器的厚度上的导热率不同于在薄膜电容器的另一个维度上的导热率，并且使得在每个薄膜电容器的厚度上的刚度小于在薄膜电容器的另一个维度上的刚度。 

在本实施方案中，热传导器包括第一板，所述第一板被配置为接触由薄膜电容器中的单独一个形成的多边形棱柱的第一侧。第一板是与棱柱的第一侧实质上作同等延伸的并且包含用于消散由多个薄膜电容器产生的热的热传导材料。热传导器还包括第二板，所述第二板被配置为接触与多边形棱柱的第一侧相反的多边形棱柱的第二侧，棱柱的第二侧由薄膜电容器中的另一单独的一个形成。第二板是与棱柱的第二侧实质上作同等延伸的并且包含用于消散由多个薄膜电容器产生的热的热传导材料。第一板和第二板具有足够的刚度以约束多个薄膜电容器在其厚度上的膨胀。 

根据本文公开的另外的实施方案，在电动交通工具（EV）或混合动力交通工具（HEV）中的逆变器包括直流（DC）侧电容器，所述直流（DC）侧电容器包括被堆叠地配置以形成实质上多边形棱柱的多个薄膜电容器。每个薄膜电容器具有正交各向异性特性，使得在每个薄膜电容器的厚度上的导热率不同于在薄膜电容器的另一个维度上的导热率，并且使得在每个薄膜电容器的厚度上的刚度小于在薄膜电容器的另一个维度上的刚度。 

逆变器还包括热传导器，所述热传导器包括被配置为接触由薄膜电容器中的单独一个形成的多边形棱柱的第一侧的第一实质上平面的构件，以及被配置为接触与多边形棱柱的第一侧相反的多边形棱柱第二侧的第二实质上平面的构件，棱柱的第二侧由薄膜电容器中的另一单独的一个形成。第一实质上平面的构件和第二实质上平面的构件每个包含用于消散由多个薄膜电容器产生的热的热传导材料。第一实质上平面的构件和第二实 质上平面的构件具有足够的刚度以约束多个薄膜电容器在其厚度上的膨胀。 

对用于在电动交通工具（EV）或混合动力交通工具（HEV）中使用的逆变器的这些实施方案，包括用于与该逆变器共同使用的热传导器的实施方案的详细描述在下文与附图共同阐明。 

附图说明

图1是用于在电动交通工具（EV）或混合动力交通工具（HEV）中使用的逆变器的透视图，包括用于与如本文公开的该逆变器共同使用的热传导器的实施方案； 

图2是用于在电动交通工具（EV）或混合动力交通工具（HEV）中使用的逆变器的侧视图，包括用于与如本文公开的该逆变器共同使用的热传导器的实施方案； 

图3是用于在电动交通工具（EV）或混合动力交通工具（HEV）中使用的逆变器的分解视图，包括用于与如本文公开的该逆变器共同使用的热传导器的实施方案； 

图4是用于与如本文公开的逆变器共同使用的热传导器的一部分的实施方案的透视图；以及 

图5是用于与如本文公开的逆变器共同使用的热传导器的一部分的实施方案的透视图。 

具体实施方式

参照图1-5，将描述对用于在电动交通工具（EV）或混合动力交通工具（HEV）中使用的逆变器的实施方案，包括用于与这样的逆变器共同使用的热传导器的实施方案的更详细的描述。为了图示的容易性并且为了帮助理解，相似的参考数字已经在本文中用于所有的附图的相似的部件和特征。 

如上文提出的，电动和混合动力交通工具包括用于在把由交通工具电池储存和提供的直流（DC）电压转换为用于向交通工具的电动机或马达提供电力的交流电压中使用的逆变器。这样的逆变器可以包括IGBT开关模块和直流侧电容器，直流侧电容器本身可以包括多个薄膜电容器。 

在把输入直流电压转换为交流电压输出时，由于IGBT功率模块的开关操作，直流侧电容器的薄膜电容器产生热。由于该操作产生的热应当被消散，例如通过冷却板，使得逆变器可以继续高效率地操作。 

用于在电动或混合动力交通工具中使用的示例性的功率变换器在名称为“功率变换器（Power Converter）”的美国专利第7,974,101号中提出。示例性的热消散装置及其多种特征在名称为“具有高热量和低热量产生元件的电子零件的冷却装置（Cooling Device Of Electronic Part Having High And Low Heat Generating Elements）”的美国专利第6,466,441号中、在名称为“用于与热电装置共同使用的各向异性热分散器（Anisotropic Heat Spreader For Use With A Thermoelectric Device）”的美国专利申请公布第2010/0081191号中以及在名称为“具有热消散元件的功率半导体模块组件（Power Semiconductor Module Assembly With Heat Dissipating Element）”的美国专利申请公布第2010/0078807号中提出。 

然而，存在对除了可以被目前在EV或HEV逆变器中使用的标准冷却板提供的热消散之外的其他热消散的需要。这样的逆变器将包括被配置为接触直流侧电容器以提供对由逆变器操作产生的热的其他消散的热传导器。 

现在参照图1和2，示出了用于在电动交通工具（EV）或混合动力交通工具（HEV）中使用的逆变器的透视图和侧视图，包括用于与这样的逆变器共同使用的热传导器的实施方案。通常由参考数字（10）表示的逆变器可以包括集成双极栅晶体管（IBGT）功率模块（12）、直流侧电容器（14）、冷却板（16）和热传导器（18）。 

如本领域中熟知的，IBGT功率模块（12）和直流侧电容器（14）被设置在电连通中并且用于把来自交通工具电池（未示出）的直流电压输入转换为用于向交通工具的电动机（未示出）提供电力的交流输出电压。如 也熟知的，提供冷却板（16）以用于消散由逆变器（10）的操作产生的热。 

图3描绘了用于在电动交通工具（EV）或混合动力交通工具（HEV）中使用的逆变器（10）的分解视图。如在其中看到的，逆变器（10）也可以包括IBGT功率模块（12）、直流侧电容器（14）和冷却板（16）。逆变器（10）可以还包括用于提供对由逆变器（10）的操作产生的热的进一步消散的热传导器（18）的实施方案。在这方面，热传导器（18）可以包含热传导材料，例如铝、另一种金属、合金、陶瓷、复合物或任何其他的合适的热传导材料，其也可以具有各向同性的或各向异性的热特性。 

如在图3中看到的，热传导器（18）可以包括第一构件和第二构件（20、22）。参照图4和5，示出了用于在逆变器（10）中使用的热传导器（18）的第一构件和第二构件（20、22）的实施方案的透视图。 

再次参照图1-3，直流侧电容器（14）可以包括被堆叠地配置以形成实质上矩形的棱柱的多个薄膜电容器（24）（以虚线示出）。在这方面，虽然直流侧电容器（14）在本文中被描绘为矩形棱柱，但是可以采用其他的多边形棱柱的形状。 

每个薄膜电容器（24）可以具有正交各向异性特性，使得在每个薄膜电容器（24）的厚度（t）上的导热率不同于在薄膜电容器（24）的另一个维度上的导热率，例如在长度（l）或宽度（w）上的导热率。薄膜电容器（24）的正交各向异性特性也可以使得在每个薄膜电容器（24）的厚度（t）上的刚度小于在薄膜电容器（24）的另一个维度上的刚度，例如在长度（l）或宽度（w）上的刚度。 

现在参照图3-5，热传导器（18）可以包括第一实质上平面的或板状的构件（20），其被配置为接触由直流侧电容器（14）的薄膜电容器（24）中的单独一个形成的多边形棱柱的第一侧。在这方面，把构件（20）描述为实质上平面的或板状的是指构件（20）的大体的形状，而非是指其表面。如在下文更详细地描述的，构件（20）可以包括使得其一个或多个表面不是实质上平面的特征。如上文提到的，第一实质上平面的或板状的构件（20）可以包括用于消散由多个薄膜电容器（24）产生的热的热传导材料。 

热传导器（18）还可以包括被配置为接触与直流侧电容器（14）的矩形棱柱的第一侧相反的多边形棱柱的第二侧的第二实质上平面的或板状的构件（22），其中矩形棱柱的第二侧由薄膜电容器（24）中的另一单独的一个形成。在此再次地，把构件（22）描述为实质上平面的或板状的是指构件（22）的大体的形状，而非是指其表面。如在下文更详细地描述的，构件（22）可以包括使得其一个或多个表面不是实质上平面的特征。也如上文提到的，第二实质上平面的或板状的构件（22）可以包括用于消散由多个薄膜电容器（24）产生的热的热传导材料。 

如在图3-5中看到的，热传导器（18）可以还包括互相连接器（30），互相连接器（30）可以被提供以固定地附接第一和第二实质上平面的或板状的构件（20、22）。此外，第一和第二实质上平面的或板状的构件（20、22）可以设有足够的刚性，以约束多个薄膜电容器（24）在其厚度（t）上的膨胀，所述足够的刚性可以来源于第一和第二实质上平面的或板状的构件（20、22）的材料性质、厚度、形状和/或其他的特性。 

如图1-3中描绘的，第一和第二实质上平面的或板状的构件（20、22）可以是与由直流侧电容器（14）的薄膜电容器（24）形成的棱柱的第一侧和第二侧实质上作同等延伸的，以由此实质上抑制多个薄膜电容器（24）在其厚度（t）上的膨胀。如上文描述的，第一和第二实质上平面的或板状的构件（20、22）可以设有对于该目的来说足够的刚性，其也可以来源于第一和第二实质上平面的或板状的构件（20、22）的材料性质、厚度、形状或其他的特性。然而，应当注意，第一和第二实质上平面的或板状的构件（20、22）可以可选择地与由直流侧电容器（14）的薄膜电容器（24）形成的棱柱的第一侧和第二侧实质上作较少的同等延伸。 

仍然参照图3-5，第一和/或第二实质上平面的或板状的构件（20、22）可以包括用于增加第一和/或第二实质上平面的或板状的构件（20、22）的表面积以帮助热消散的一个或多个特征。如在图3-5中看到的，这样的特征可以采取多个堆叠物（32）、鳍状物（34）或二者的形式，但是本领域中已知的用于增加表面积的任何其他的该特征，例如表面沟槽或其他的特征（未示出），可以被另外地或可选择地采用。如在图5中看到的，热传 导器（18）还可以包括用于把第一实质上平面的或板状的构件（20）附接于冷却板（16）的一个或多个特征。在这方面，虽然这样的特征在图5中被描绘为用于与配合螺钉或螺栓（未示出）共同使用的通孔（26），但是可以采用本领域中已知的任何其他的一个或多个附接特征。 

如在图2-5中看到的，上文讨论的互相连接器（30）可以包括第三实质上平面的或板状的构件（36）。在这方面，把构件（36）描述为实质上平面的或板状的是指构件（36）的大体的形状，而非是指其表面。如在下文更详细地描述的，构件（36）可以包括使得其一个或多个表面不是实质上平面的特征。第三实质上平面的或板状的构件（36）还可以包含热传导材料，例如铝、另一种金属、合金、陶瓷、复合物或其他合适的传导材料，其也可以具有各向同性的或各向异性的热特性。第三实质上平面的或板状的构件（36）也可以是与直流侧电容器（14）的实质上多边形棱柱的第三侧实质上作同等延伸的并且被配置为接触直流侧电容器（14）的实质上多边形棱柱的第三侧，并且被取向在该棱柱的与热传导器（18）的第一和第二实质上平面的或板状的构件（20、22）相关联的上文描述的第一侧和第二侧之间。第三实质上平面的或板状的构件（36）还可以设有足够的刚度，以辅助约束直流侧电容器（14）的多个薄膜电容器（24）的在薄膜电容器（24）厚度（t）上的膨胀，第三构件的刚度可以来源于第三实质上平面的或板状的构件（36）的材料性质、厚度、形状或其他的特性。 

在这点上，第三实质上平面的或板状的构件（36）可以包括从第一实质上平面的或板状的构件（20）延伸的第一节段（38）和从第二实质上平面的或板状的构件（22）延伸的第二节段（40）。第一节段和第二节段（38、40）可以是分别与第一和第二实质上平面的或板状的构件（20、22）一体的，可以设有被配置为配合以用于第一节段和第二节段（38、40）的附接的附接特征。如在图3-5中看到的，第一节段和第二节段（38）的附接特征可以被进一步配置为通过增加第三实质上平面的或板状的构件（36）的表面积作为热消散特征（例如鳍状物（30））而操作。第三实质上平面的或板状的构件（36）还可以包括一个或多个其他的特征，用于增加第三实质上平面的或板状的构件（36）的表面积以帮助热消散，其可以采取鳍状 物或本领域中已知的用于增加表面积的任何其他这样特征的形式，例如堆叠物、表面沟槽或其他的特征（未示出）。 

如从上文容易明白的，已经描述了用于与电动交通工具（EV）或混合动力交通工具（HEV）中的逆变器共同使用的热传导器。所描述的热传导器的实施方案提供除了可以由与EV或HEV逆变器共同使用的标准冷却板供应的热消散之外的其他热消散。这样的实施方案包括被配置为接触在逆变器中使用的直流侧电容器以提供对由逆变器操作产生的热的其他消散的热传导器，由此提供逆变器的有效操作。 

虽然本文已经图示和描述了用于与电动交通工具（EV）或混合动力交通工具（HEV）中的逆变器共同使用的热传导器的多种实施方案，但是它们是仅示例性的并且不意图这些实施方案阐示并描述了所有的可能实施方案。更确切地，本文所使用的词语是描述而非限制的词语，并且将理解，可以对这些实施方案作出多种改变，而不偏离以下权利要求的精神和范围。