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ELECTRONICS WORLD ・
gb2626一2006
探索与观察
高性能 DC-Link 薄膜电容器是一种应用于直流滤波场合的电容器，主要用来替代电解电容器。在过去多年的发展中，使得薄膜电容器在该应用场合替代电解电容器成为了一种趋势。近年来，我国汽车行 业十三五的发展规划中希望新能源汽车能形成规模，在这巨大的市场前提下，国内外整车厂投入了大量的人力物力来发展电动和混动新能源汽车，从而促进了新能源汽车的不断发展，DC-Link 薄膜电容作为电力驱动器的主要电子元器件之一也有飞速的发展。
车载电容在实际应用过程中，发热和工作寿命是不可以忽视的。而对于薄膜电容来讲安全是极其重要的，原因在于逆变器工作时，电容母排上的电流让母排发热，而纹波电流使电容芯子发热，从而产生温升。而驱动器是一个密闭的空间，其当驱动器长期工作时电容的温升更为明显，当温度超过一定限制时，薄膜电容会出现鼓胀、击穿乃至爆炸等危险。随着技术的发展，电容作为占据驱动器30%以上体积的主要元件，小型化是它的发展方向，当产品体积缩小，散热面积减少，工作过程中单位体积的发热量增加，对电容的热影响又加剧了。因此对DC-Link 薄膜电容器的进行热分析，利用仿真模型进一步分析了驱动器外部的装配条件、散热条件薄膜电容器内部温度分布的影响，对电容的设计进行优化改善产品结构，对提高产品安全性有具有非常重要的意义。 本文以本公司车用C36产品为模型进行仿真分析。采用热仿真和试验验证的方法研究其在一定环境条件下的温度分布。重点研究了薄膜电容器在电机额定工况下稳态时的温度分布，并对该电容器在此工况下进行验证试验得出实际稳态时的温度分布。通过对比仿真分析与温升试验测试的结果，验证了仿真模型的有效性。
1 热仿真
1.1 基本假设及Solidwoks建模
为了建立DC-Link 薄膜电容器的热特性的数学模型，我们对物理模型进行如下的简化和假设：
①将电容器当做一个整体，电容充放电过程发热过程各部件为常物性，比热不变。热仿真软件解算能力较强大但实体建模的功能比较薄弱，因此我们借助Solidwoks 建模将电容分为：芯子、母排、绝缘纸、环氧料、外壳五个组件，并将其按电容设计配合。
②仿真数模中环氧料是填满电容的整个腔体，我们忽略其内部的对流换热和内部的辐射换热，并且我们假设仿真中的热量是由芯子、母排均匀产生的。
③为了确保仿真模拟与温升实验结果具有可比性，在建模时我们根据实际实验烘箱的大小建立空间模型，且电容在空间模型中的位置与在实验烘箱内放置的位置是一致的。1.2 Solidwoks模型导入
Solidwoks 创建的三维模型在仿真软件中是不能直接打开的，必须经过以下处理：
①三维建模时要保持电容每个实体特征的独立性通过装配等将各实体装配在一起，注意仿真的模型零件之间不能相互有干涉，因此在装配后我们可以利用软件中的干涉检查功
能对数模进行干涉检查。
②为了得高仿真速度及网格化分在每个模型特征中，删除掉尖角和数量细小又多特征肯对模型结构影响不大的倒圆角等。像汽车电容器的热仿真，我们就可以省略了焊点等对电容器温升影响较小的零件。
③将需要热仿真模拟的装配体选中，另存为Parasolid 类型就可以被热仿真软件所识别。1.3 边界条件设定历史虚无主义
①从电学角度分析，电容内部产生的热生成率包括：纹波电流使芯子产生的热生成和电流通过母排产生的热生成率：
Q 芯子=I rms 2•ESR 芯子 （1）Q 母排=I rms 2•ESR 母排 （2）式中：I rms 是纹波电流有效值；ESR 芯子
是芯子等效串联电阻；ESR 母排是母排电阻。假设该电容在额定条件下纹波电流为：160A ，可得出：Q 芯子=1.10W ，Q 母排1=2.12W ，Q 母排1=1.98W 。
②电容额定工作的环境温度为85℃，所以模型空气边界温度为85℃，
浅谈车用薄膜电容热仿真
前列舒安厦门
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电容外壳与环境通过自然对流换热进行温度传递。1.4 网格划分油液分析
①仿真模型采用软件对示例电容进行几何建模并进行网格划分，目前车用薄膜电容我们一般采用的是自动网格化分，该数模网格总数为：2177341。
②若结针对部分区域有需要局部加强或重点关注点，可以选择该区域进行加密或稀疏网格调整。1.5 材料属性定义
理论上薄膜电容器各组成材料的传热我们设定为各向同性因为车用薄膜电容芯子采用金属化膜卷绕式设计，结合实际生产工艺和材料的导热系数我们对每个电容芯子薄膜卷绕的层间方向和薄膜宽展方向的的导热系数进行合理的等效设置，各参数定义参请参见表1。
表1 DC-Link 薄膜电容器的热物理参数
材料导热系数（W/m.K）芯子X-0.1,Y-0.5，Z-0.1
河北御捷马
铜 390外壳18灌封料58绝缘纸 2.68空气
0.26
1.6 分析运行及结果查询
以上步骤完成后，仿真软件就可以进入计算分析流程，当软件分析计算完成以后中，会自动将具有相同温度的区域用相同的颜标识出来，我们可以通过全局、切平面、等值面等方式直接观察模型中的温度分布，如图1所示。
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