新能源汽车的发展和电气化系统的升级有着莫大的关系,在核心的电控系统中,充当绿叶的外围元器件虽然少被提及,但对设计整体的性能产生了至关重要的影响,如电容器件。
新能源车上的车载充电器(obc)、dc/dc、主电机驱动、辅驱等多个部位,就有着dc薄膜电容器广泛的应用。
新能源汽车关键器件——薄膜电容
薄膜电容,作为电解电容优秀的替代者,现在在新能源汽车中的用量很大,很受关注。薄膜电容本质上以金属箔当电极,将其和聚乙酯,聚丙烯,聚苯乙烯或聚碳酸酯等塑料薄膜从两端重叠后,卷绕成圆筒状构造的电容器。
和常见其他电容器相比,薄膜电容则介于铝电解和陶瓷电容之间,容值上限不及铝电解电容,工作电压上限不及陶瓷电容,但是综合了二者具有高容值且电压等级也不低的优势。尤其和铝电解电容相比,薄膜电容器有着远远领先的纹波耐受能力,而且得益于其自愈能力,使用寿命极长。
同时,薄膜电容表现出更高耐压、更低esr、无极性的优势,这使得基于薄膜电容的系统设计更简化,能够在苛刻的环境中可靠地发挥作用。
新能源汽车需要考虑到抗震、高温、高压大电流、高可靠性等诸多要求,电解电容虽然容值足够但其他方面已经无法满足,而薄膜电容的这些特性正好契合电动汽车的场景,尤其是obc、dc/dc上的需求,薄膜电容也因此成为汽车电气化升级历程上的理想器件。
最为代表性的应用,就是obc,从emi滤波到pfc,到dc-link,到llc谐振阶段,以及最后的输出,都需要薄膜电容的应用。
薄膜电容与obc
新能源车上的薄膜电容应用很多,其中用量较大的有车载充电器(obc)、dc/dc、主电机驱动、辅驱部位。最具代表性的还是它在obc当中的应用。在这些应用中,薄膜电容主要实现的功能有三大类,emi、旁路的耦合/去耦、滤波,储能功能也有应用但不多。
在obc应用中,薄膜电容需要格外注意自愈性、失效开路、低耗散系数这三个特性。尤其是自愈性,良好的自愈能力才意味着器件耐过压能力强,高频性好。自愈性即薄膜电容的介质在被击穿后,能够自行修复恢复正常工作状态。
自愈特性给了薄膜电容很大的应用空间,其耐过压能力可以达到几千伏,加上优秀的高频特性,可以明显提高电动汽车的性能、延长蓄电池的使用,从而解决新能源车车载量低,续航里程短的问题。目前业界多以特性非常优异的聚丙烯薄膜电容为主。
上面提到,从emi滤波到pfc,到dc-link,到llc谐振阶段,以及最后的输出,都需要薄膜电容的应用。在obc的emi滤波上,薄膜电容为了辅助obc往小体积高功率方向的发展,现在也是在通过双85测试的前提下尽可能往小体积去做。而且现在厂商会给出小尺寸下更广容值的选项,整体设计能更紧凑。
薄膜电容在dc-link上的应用已经很成熟,其作用是在obc的整流电路和dc-dc电路之间做电流支撑滤波,吸收dc-link直流母线端的高脉冲电流,防止在阻抗上产生高脉冲电压影响负载端,这里的薄膜电容要求大电流和大容量设计。
llc谐振阶段更为看重薄膜电容稳定的脉冲强度和纹波电流性能,而输出端为了提升obc直流输出的瞬态响应特性,需要大容量和低esr 。
小结
在一些应用场合里,薄膜电容处理emi以及滤波,还会运用其储能作用。这些薄膜电容的应用,大幅提升了obc以及整个新能源汽车电气系统的性能水平,加速了汽车电气化架构的升级。
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