2010年11月

电动车用块状电力电容器

空间节约型直流链路解决方案

爱普科斯与英飞凌科技共同开发了两款新的混合动力汽车和电动汽车转换器参考设计,使用爱普科斯的空间节约型PCC™解决方案作为直流链路电容器。


英飞凌科技开发了两款用于IGBT转换器的参考设计,用于汽车电子的混合动力和全电力驱动:HybridPACK™1用于轻度混合电力驱动,HybridPACK™2用于全电力和全混合动力驱动。


HybridPACK1输出最高达20 kW,用于支持内燃机。通常,组合启动发电机位于发动机和传动系统之间,直接与机轴相连。它支持内燃机并增加扭矩,特别是在加速时。有些设计概念使电力驱动专用于短距离行驶。


英飞凌科技提供的HybridPACK2用于高功率,包括纯电动牵引。其输出最高为90 kW(图1)。

图1:带PCC的HybridPACK2评估套件
英飞凌科技的HybridPACK评估套件可用于开发最高90 kW的EV驱动器。除控制器和软件之外,还包括爱普科斯提供的PCC直流链接电容器。

英飞凌提供的两种类型的评估套件都包括控制器、软件和直流链路电容器。它们基于公认的PCC技术。下表显示的是PCC的关键技术数据。


爱普科斯已经成功开发了PCC技术数年,特别是用于混合动力技术或者是变频器的紧凑型直流链路电容器。该技术的一项特别优势是电容器的尺寸紧凑。传统的卷绕技术生产规则的或扁平的圆形芯子。PCC的情况则不同:使用的是堆叠卷绕技术。多边形卷绕机创造一个完全平坦的、长方形和无折痕电容器芯子,因此所实现的电容器的体积填充因数接近1。该技术的另一项优势是其适应性:其尺寸可以在很广泛的范围内变化,从而可以最理想地适应变频器的设计。电气和机械终端——汇流条,也可以理想地配合系统要求。这使得PCC可以直接安装在IGBT模块上。一方面,这样可以大大降低组装成本,另一方面,其它直流链路解决方案不需要单独的电路板。

图2:爱普科斯的混合动力驱动PCC
除了紧凑的壳体尺寸和接近1的体积填充因数之外,PCC还有精确匹配IGBT模块的汇流条。

特别对于混合动力驱动而言,爱普科斯还开发了一种PCC,可以以环形结构装在启动发电机周围的外壳内(图3)。

图3:环形PCC
在该结构中,PCC以环形直接安装在启动发电机周围。

短端子连接和电容器的内部结构保证极低电感设计。去决于电容器设计,其电感可仅有几nH。这对开关边沿陡峭的转换器特别重要,可以避免电压过高。通常,这样可以省却带缓冲电容器的IGBT的其它保护电路。

电容器的高峰值电流能力同样重要。特别是在城市交通中经常出现起停循环的情况下,峰值电流可达额定电流的数倍。直流链路电容器必须在整个使用寿命期间提供这样的电流而不造成损害。图4显示的是1800秒钟的典型驱动循环。目前使用寿命期间内平均电流略高于100 A。

图4:直流链接的荷载图

短期峰值电流约325 A。新一代的PCC产品可以承受1200至2000 A的峰值电流,而不会造成损害。

PCC预期使用寿命为15,000小时,上限连续工作温度为110°C(短期高达125°C),尤其适合于汽车电子。

该类型还提供出色的安全性和可靠性:这些电容器为自愈型,意味着薄膜过载击穿时不会产生短路或导致电容器的破坏。电容器内未填充易燃或酸性液体这点在发生事故时至关重要。

所有这些因素使得PCC成为先进和理想的直流链接解决方案,用于电动车的转换器以及工业电子领域的紧凑型变频器。

表格:HybridPACK的PCC技术数据

参数 / 类型B25655J4307K001B25655J4507K005
适用于HybridPACK1HybridPACK2
额定电压[V DC]450450
电容[μF] ±10 %300500
额定能量[W]3050
最大持续电流[A]80120
工作温度[°C]-40至+110-40至+110
最高等效串联电阻(ESR)[mΩ]810
最高等效串联电感(ESL)[nH]2515
尺寸 [mm] 140 x 72 x 50237 x 72 x 50
使用寿命[h]15,00015,000

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