大功率纯电动车DCL-INK支撑电容器设计

2015-07-02 10:18:30 零排放汽车网-专注新能源汽车,混合动力汽车,电动汽车,节能汽车等新闻资讯 网友评论 0 条

大功率纯电动车DCL-INK支撑电容器设计

宋治根  乔向华

（佛山市顺德区创格电子实业有限公司，广东省佛山市  258000）

摘  要：高效电机控制技术需要功能强大的IGBT和与之匹配的直流支撑电容器。本文以创格电子设计的纯电动汽车大功率直流支撑电容器为例，详细说明创格电子公司电动汽车电容器的性能。

关键词：电动汽车；直流支撑电容器；薄膜电容器；性能

随着我国经济的持续快速发展，居民收入的不断提高，我国的汽车保有量近几年爆发式增长。据相关部门统计，2014年末全国民用汽车保有量达到15447万辆，比上年增加12.4%，而近十年汽车年均增加1100多万辆。由于汽车使用量的增长，我国的空气污染问题越来越严重，随着居民环保意识的提升，对空气零污染的电动汽车越来越受到人们的关注。

电机、电池和电机控制技术是电动汽车的三大核心技术。电机控制技术的核心就是需要高效电机控制的逆变器技术，而高效电机控制的逆变器技术，则需要一个功能强大的IGBT和一个与之匹配的直流支撑电容器，电机控制主回路如图1所示：

图1 电机控制器主回路示意图

创格电子专注于薄膜电容器18年，有着丰富的薄膜电容器开发设计技术以及生产制造水平。针对新兴的电动汽车行业，创格电子进行产品开发以及试验摸底，目前已经取得了一定的成果。本文以创格电子为客户设计的纯电动汽车大功率直流支撑电容器为例，对创格电子公司电动汽车电容器的性能做一个详细的说明。

1、创格电子公司纯电动汽车直流支撑电容器外形：

图2  160KW至200KW纯动车用薄膜电容器

图3  80KW纯电动车用薄膜电容器

图4  120KW纯电动车用薄膜电容器

2、电动汽车驱动板主电路工作波形

图5  蓝色表示驱动电路电压工作波形

3、在纯电动汽车使用的薄膜支撑电容，必须具备以下特性：

◆ 能承受在电压跃升和跌落形成的峰值电流及脉冲电流，其周期性峰值电流是有效电流的10倍；

◆ 其脉冲电流能力是有效电流20倍以上；

◆ 体积小但要过较大有效电流。

针对以上特点，创格电子公司采取有效方案使电容器达到以下要求：

◆能承受在的电压跃升和跌落形成峰值电流及脉冲电流，其周期性峰值电流是有效电流的15倍；

◆ 其脉冲电流能力电有效电流40倍以上；

◆ 过流能力强，采用均流技术，各部位温升变化很小。

以下为创格电子公司为某客户设计的纯电动汽车大功率直流支撑电容器进行电流应用特性的检测结果：

1、有效电流下电容器各部位温升状况

图6  温升试验温度点分布示意图

图7  Irms条件下的表面温升分布曲线

根据以上曲线图显示：当电容器通过有效电流时，电容器中间与两边表面温升差异在4℃以下，说明电容器电流基本按设计设想方向发展：电流朝两边均匀分布。

2、瞬间过大电流能力

电动车在起步以及制动时，会产生短时的超大电流流过电容器，而电容器失效往往是由于起短时过大电流能力不足导致的。我司此款电容在设计是充分考虑到其使用时的严酷环境，在设计时对电容器内部连接端子与芯子组的铜板进行了专门的结构设计，增加其散热能力，延缓瞬时大电流造成的高温度向电容器内部辐射的时间。下图为对此款电容进行两分钟400A电流试验的表面温度曲线：

图8  对此款电容进行两分钟400A电流试验的表面温度曲线

根据上图曲线发现：电容器在通过400A电流的2分钟内，其表面温度略有上升，但幅度较小；而当恢复250A电流时，经过3分钟时间，电容器表面温度开始回落。由此证明，此款电容器完全可以满足电动车在启动以及制动时的大电流冲击。

说明：试验时电容器先通过250A电流，待其表面温度稳定后开始通过400A电流，计时2分钟后调回250A。

3、峰值电流和脉冲电流冲击

上表数据显示，电容器在进行大脉冲电流试验后，容量损耗均无明显变化。

结束语：

电动汽车由于其节能环保的巨大优势，已经在全球各国的公共交通领域中开始进行大力推广，随着技术的成熟，电动汽车将逐步向家用汽车领域发展，以替代传统汽车带来的环境以及能源问题。电动汽车的大面积推广，其可靠性以及安全性问题也越来越受到人们的关注。而DC-Link电容器作为电机逆变控制系统的一个关键性原件，其性能优劣，在很大程度上决定汽车的可靠性问题。

创格电子作为一家国家级高新技术企业，始终秉承“创新引领未来”的宗旨，在新技术以及产品的研发上，不遗余力的大力投入，向国际一流水平看齐，为中国电动汽车事业的发展奉献绵薄之力。