Plėvelės kondensatorių technologijos raida: pagrindinė elektrinių pavarų sistemų parama naujose energijos transporto priemonėse

Kadangi naujų energetinių transporto priemonių elektrinės pavaros sistemos palaipsniui tobulinamos, siekiant aukštesnės įtampos ir aukštesnių dažnių, DC{0}}Link kondensatorius, kaip variklio valdiklio „energijos dispečeris“, jo veikimas tiesiogiai nulemia elektrinės pavaros sistemos efektyvumo ribą ir patikimumo ribas. Tradiciniai elektrolitiniai kondensatoriai dėl jiems būdingų apribojimų palaipsniui buvo pakeisti plėveliniais kondensatoriais. Šis tylus technologinis pakeitimas atspindi gilią suderintos galios elektroninių komponentų ir transporto priemonės architektūros raidos logiką, taip pat skatina susijusių jungiamųjų komponentų technologinį atnaujinimą.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

800 V aukštos{1} įtampos platformoms tapus pramonės standartu, plėveliniai kondensatoriai, turintys unikalią medžiagų struktūrą ir fizines savybes, pakeitė naujų energetinių transporto priemonių maitinimo sistemos komponentų išdėstymą. Jie ne tik pašalina elektrolitinių kondensatorių eksploatavimo trukmę esant aukštos-įtampos scenarijams, bet ir suteikia idealų energijos buferinį baseiną silicio karbido galios įrenginių aukšto-dažnio perjungimui dėl mažesnės ESR (lygiavertės serijos varžos) ir stipresnės anti-srovinės srovės talpos. Šynų sistemos, kaip pagrindinis energijos perdavimo nešėjas, turi pritaikomą suderinamumą su plėveliniais kondensatoriais, tampa svarbia sistemos optimizavimo kryptimi.

Naujų energetinių transporto priemonių elektrinės pavaros sistemos našumas keičiasi iš „tinkamo“ į „ekstremalų“. Kai variklio valdiklio perjungimo dažnis viršija 20 kHz, o magistralės įtampa pakyla virš 800 V, tradicinių elektrolitinių kondensatorių apribojimai tampa vis ryškesni. Esant 125 laipsnių aukštai -temperatūrai, elektrolitinių kondensatorių eksploatavimo trukmė sumažės iki 15 % normalios temperatūros, o plėveliniai kondensatoriai vis tiek gali išlaikyti daugiau nei 80 % pradinio veikimo. Šis skirtumas ypač akivaizdus aukštos{9}}įtampos atveju.

Aukštos{0}}įtampos platformoms taikomi griežti kondensatorių technologijos reikalavimai. „Kiekvienam 100 V įtampos padidėjimui elektrolitinių kondensatorių eksploatavimo trukmės kreivė nukris į kitą lygį“, – tai yra plačiai pripažinta taisyklė pramonėje. Plėvelės kondensatoriuose naudojamos polipropileno (PP) arba poliesterio (PET) terpės, kurių dielektrinis stipris yra didesnis nei 200 V/um, o tai 3-5 kartus viršija elektrolitinių kondensatorių aliuminio oksido terpę. Vienas plėvelės kondensatorius gali atlaikyti didesnę nei 1000 VDC darbinę įtampą, o elektrolitiniams kondensatoriams paprastai reikia kelių serijinių jungčių, kad būtų pasiektas toks pat įtampos lygis. Elektros jungčių lygmeniu EV laminuotos šynos, pasižyminčios puikiomis izoliacinėmis savybėmis ir srove, tampa tinkamiausiu sprendimu jungiant plėvelinius kondensatorius ir elektros pavaros sistemą, efektyviai sumažinančios grandinės nuostolius.

Išpopuliarėjus silicio karbido (SiC) galios įrenginiams, perjungimo dažnis pakilo į naujas aukštumas. Kai perjungimo dažnis pasiekia 50 kHz, elektrolitinių kondensatorių temperatūros kilimas yra daug didesnis nei plėvelinių kondensatorių, o tai tiesiogiai lemia reikšmingą jų bangavimo srovės tolerancijos sumažėjimą. Metalizuotų plėvelinių kondensatorių elektrodų struktūra užtikrina stabilų dielektrinį veikimą esant aukštiems dažniams, o tai taip pat yra pagrindinis privalumas, pritaikomas prie aukšto-dažnio elektros pavaros sistemų. Praktinėje inžinerijoje plėvelės kondensatorių išdėstymo lankstumas suteikia didelį patogumą, leidžiantį išdėstyti šalia galios modulių, valdant grandinės induktyvumą itin žemu lygiu. Šynų jungtis užtikrina patikimą prijungimo garantiją šiam kompaktiškam išdėstymui, sumažindama našumo nuostolius, kuriuos sukelia parazitinis induktyvumas.

Naujų energetinių transporto priemonių vibracijos, temperatūros ciklų ir bendro aplinkos įtempimo atveju plėveliniai kondensatoriai demonstruoja realų efektyvumą, gerokai viršijantį teorinius parametrus. Patikimumo požiūriu, atliekant atsitiktinius vibracijos bandymus nuo 20 iki 2000 Hz, plėvelinių kondensatorių gedimų dažnis yra daug mažesnis nei elektrolitinių kondensatorių. Jų kieta struktūra neturi skysto elektrolito, todėl išvengiama vidinio medžiagų atsiskyrimo dėl mechaninės vibracijos; esant -40 laipsnių šaltam paleidimui, plėvelinių kondensatorių talpos išlaikymo koeficientas yra didesnis nei 95%, o elektrolitiniai kondensatoriai žymiai sumažės, tiesiogiai paveikdami magistralės įtampos stabilumą žemos temperatūros sąlygomis. Be to, sugedus elektrolitiniam kondensatoriui, jis gali sprogti arba nutekėti elektrolitas, o plėvelinių kondensatorių talpa paprastai mažėja ir nesukelia antrinių gedimų. Šis saugos pranašumas taip pat kelia aukštesnius reikalavimus atitinkamai kondensatoriaus šynai.

Kalbant apie elektrines charakteristikas, gebėjimas valdyti pulsuojančią srovę yra pagrindinis rodiklis, skiriantis plėvelinius kondensatorius nuo elektrolitinių kondensatorių. 800 V sistemoje plėvelinių kondensatorių RMS pulsacijos srovės tankis gali siekti 50 A/cm², o tai yra 2-3 kartus daugiau nei lygiaverčių-tūrio elektrolitinių kondensatorių. Tai daugiausia lemia silpnesnis metalizuotų elektrodų odos efektas, itin mažas polipropileno dielektrinių nuostolių kampas ir optimizuotas daugiasluoksnės segmentuotos struktūros srovės paskirstymas.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Reikėtų pažymėti, kad nors elektrolitiniai kondensatoriai turi didesnę vardinę talpą, tikroji turima pulsavimo srovė gali būti mažesnė, o tai yra spąstai, į kuriuos lengva nepastebėti renkantis pramonę. Protingas DC-Link Capacitor magistralės dizainas dar labiau optimizuoja srovės paskirstymą ir visiškai išnaudoja plėvelinių kondensatorių našumo pranašumus.
Plėvelinių kondensatorių populiarinimas yra ne tik technologinės pažangos, bet ir tiekimo grandinės technologijos atnaujinimo rezultatas. Pastaraisiais metais pasauliniai elektromobiliams skirtų plėvelinių kondensatorių gamybos pajėgumai toliau didėjo, o kaina nuolat mažėjo.

 

„Didėjančios apimties ir mažėjančios kainos“ reiškinys yra dvigubas medžiagų procesų ir gamybos efektyvumo proveržis. Tradicinis požiūris mano, kad plėvelinių kondensatorių vienos dalelės kaina yra didesnė nei elektrolitinių kondensatorių, tačiau, skaičiuojant sistemos-lygio sąnaudas, plėvelinių kondensatorių pranašumai yra labai akivaizdūs: jų energijos tankis sumažina naudojimą, o priežiūra{3}}nemokamas aptikimas, o aušinimas sumažina reguliaraus ESR sąnaudas ir keitimo išlaidas. didelis jo patikimumas prailgina elektrinės pavaros sistemos garantinį laikotarpį, netiesiogiai padidindamas produkto prekės ženklo vertę. Apskritai kaina per visą gyvavimo ciklą iš tikrųjų yra naudingesnė.

Toliau didėjant 800 V platformos įsiskverbimo greičiui, patys plėveliniai kondensatoriai taip pat susiduria su technologinėmis iteracijomis. Naujas „hibridinių kondensatorių“ sprendimas sujungia aukštą plėvelinių kondensatorių įtampos toleranciją ir didelę superkondensatorių talpą. Jis buvo išbandytas kai kuriuose aukščiausios klasės{2}} transporto priemonių modeliuose. Kalbant apie medžiagų naujoves, padaryta didelė pažanga tiriant ir plėtojant nano-kompozitines medžiagas, trimačių-elektrodų struktūras ir savaiminio-gydymo technologijas. Laboratoriniai duomenys rodo, kad šios naujos technologijos gali žymiai sumažinti kondensatoriaus tūrį ir tuo pačiu pasiekti kokybišką ciklo tarnavimo laiką.

Sistemos integravimo lygmeniu sąvoka „kondensatorius kaip konstrukcinis komponentas“ griauna tradicinį dizainą, naudojant kondensatoriaus korpusą kaip maitinimo modulio šilumos išsklaidymo pagrindinę plokštę, naudojant kondensatoriaus korpusą elektromagnetinei ekranavimo ertmei sudaryti, o kondensatoriaus kaiščius naudojant kaip mechaninę šynos atramą. Dėl šios gilios integracijos elektrinės pavaros sistemos galios tankis gali pasiekti proveržį ir atverti kelią naujos kartos itin-kompaktiškam važiuoklės dizainui. Izoliuotos šynos taikymas EV kondensatoriui dar labiau padidina izoliacijos patikimumą ir sistemos integraciją, prisitaikant prie šios naujos integravimo paradigmos.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Pramonės praktika rodo, kad plėvelinių kondensatorių patikimumas pamažu pranoko kitus elektros pavaros sistemos aspektus, o tai nebėra techninė kliūtis, o veikiau architektūrinių naujovių skatinimo priemonė. Su šynos-susijusiais komponentais, pvzAutobusų barasir EV Capacitor Power Distribution Bar, taip pat nuolat optimizuojami kuriant plėvelinius kondensatorius, kartu skatinant naujų energijos transporto priemonių elektrinės pavaros sistemos atnaujinimą siekiant didesnio efektyvumo, didesnio patikimumo ir kompaktiškumo.