薄膜电容器在新能源汽车上的运用

薄膜电容器在新能源汽车上的运用
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来源:《电子世界》2012年第15期
        【摘要】薄膜电容器是一种应用于直流滤波场合的电容器。由于它跟传统电容相比有寿命长、温度稳定性好等优点,更适用于新能源汽车中的逆变器直流滤波。本文主要介绍薄膜电容器优点、采用的先进技术、相关的选型标准及应用分析。
        【关键词】能源;薄膜电容器;电解电容器;逆变器;新能源汽车
        1.引言
        随着工业的迅速发展、人口的增长和人民生活水平的提高,能源短缺已成为世界性问题,能源安全受到越来越多国家的重视。随着“汽车社会”的逐渐形成,汽车保有量在不断地呈现上升趋势,全球汽车行业的发展面临着能源和环保的双重压力,各个国家为了将来在世界汽车业中占得一席之地,纷纷推出了各自的的新能源汽车的规划蓝图,并大力发展新能源汽车。
        新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源,新能源汽车包括混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池电动汽车、氢发动机汽车、其他新能源(如高效储能器、二甲醚)汽车等各类别产品[1]。
nifeshe        电机,电池和电机控制技术是新能源汽车的三大核心。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,高效电机控制的逆变器技术则需要一个功能强大的IGBT模块和一个与之匹配的直流支撑电容器,如图1所示。
sofa燃烧器        本文主要介绍薄膜电容的优点、采用的先进技术、相关的选型标准及应用分析。
水平潜流人工湿地        2.薄膜电容的技术优点
塑料切粒机>电缆接头闵彬管业
        早期直流支撑薄膜电容都是采用电解电容,随着薄膜电容技术的发展,特别是基膜本身技术的发发展和金属化采用分割的技术出现,不仅使得薄膜电容的体积在越做越小的同时,产品的耐压水平还保持在相当的水平,现在越来越多的公司采用高温聚丙烯薄膜电容器的作为直流支撑电容,一个典型的例子就是丰田公司的PRIUS车型的改进;而国内车企典型代表是比亚迪F3DM和E6,都使用薄膜电容器作为直流支撑电容。第一代丰田Prius使
用的滤波电容器是电解电容器,见图2;从第二代开始,便开始使用薄膜滤波电容器组,见图3。
        目前用于直流支撑的薄膜电容器,大部分是使用高温聚丙烯膜作为介质,聚丙烯薄膜电容器有如下的优点。
        a.产品安全性好,耐过压能力强
        由于薄膜电容器具有自愈额现象,而且薄膜电容的设计是按照IEC61071的标准,电容抗浪涌电压能力大于1.5的额定电压,加上电容采用分割膜技术,见图4,电容理论上不会产生短路击穿的现象,这大大提高了这类电容的安全性,典型的失效模式是开路。在特定应用中电容的抗峰值电压能力也是考察电容的重要指标。实际上,对电解电容而言,允许承受的最大浪涌电压是1.2倍,这种情况迫使使用者不得不考虑峰值电压而非标称电压。
        b.良好的温度特性,产品温度使用范围广,可以从-40℃-105℃
        直流支撑薄膜电容器采用的高温聚丙烯薄膜,具有聚酯薄膜和电解电容没有的温度稳定性,具体如下图5,图6。
        从图5中可以看出,随着温度的升高,聚丙烯膜电容器容量总体是下降的,但下降的比例是很小的,大概是300PPM/℃;而聚酯膜不管是在高温阶段还是在低温阶段,容量随温度变化则大了很多,为+200~+600PPM/℃。
        从图6可以看出,聚丙烯膜介质电容器的损耗随温度变化基本不变的,但聚酯膜介质电容器在低温和高温显示变化规律是不一样的。
        由于聚丙烯膜介质电容器具有良好的温度特性,不管是在低温(比如说中国北方)或者高温地区(比如说沙漠地区)都可以得到正常的使用,但对于电解电容器来说,如果在低温地区,由于电解液的存在,电解液可能会凝固,电容的性能在低温的时候,性能发生较大的变化,可能导致电机控制器不能正常使用。
        c.频率特性稳定,产品高频特性好
        目前大部分的控制器开关频率在约10KHZ,这就要求产品的高频性能好,对于电解电容器和聚酯膜电容器来说,这个要求是个难题。具体见图7,图8。

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