تکامل فناوری خازن فیلم: پشتیبانی اصلی برای سیستم های محرک الکتریکی در خودروهای انرژی جدید

همانطور که سیستم‌های محرک الکتریکی وسایل نقلیه انرژی جدید به تدریج به سمت ولتاژهای بالاتر و فرکانس‌های بالاتر ارتقا می‌یابند، خازن DC{0}به‌عنوان "دیسپچر انرژی" در کنترل‌کننده موتور، عملکرد آن مستقیماً مرز کارایی و سقف قابلیت اطمینان سیستم محرک الکتریکی را تعیین می‌کند. خازن های الکترولیتی سنتی به دلیل محدودیت های ذاتی خود به تدریج جای خود را به خازن های فیلمی داده اند. این جایگزینی بی‌صدا فناوری منعکس‌کننده منطق عمیق تکامل هماهنگ اجزای الکترونیکی قدرت و معماری خودرو است و همچنین ارتقای فن‌آوری اجزای اتصال مرتبط را ارتقا می‌دهد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

با تبدیل شدن پلت فرم‌های ولتاژ بالا{1} 800 ولت به استاندارد صنعتی، خازن‌های فیلم با ساختار مواد منحصر به فرد و ویژگی‌های فیزیکی خود، طرح اجزای سیستم قدرت را در خودروهای انرژی جدید تغییر داده‌اند. آنها نه تنها کاستی‌های طول عمر خازن‌های الکترولیتی را در سناریوهای ولتاژ بالا برطرف می‌کنند، بلکه یک مخزن بافر انرژی ایده‌آل برای سوئیچینگ فرکانس بالا دستگاه‌های قدرت کاربید سیلیکون از طریق ESR کمتر (مقاومت سری معادل) و ظرفیت جریان ضد ریپل قوی‌تر ارائه می‌کنند. سیستم های باسبار، به عنوان حامل کلیدی انتقال انرژی، سازگاری قابل انطباق با خازن های فیلم دارند و به یک جهت مهم برای بهینه سازی سیستم تبدیل می شوند.

سیستم محرک الکتریکی وسایل نقلیه انرژی جدید در حال جهش عملکردی از "کافی" به "افراطی" است. هنگامی که فرکانس سوئیچینگ کنترل کننده موتور از 20 کیلوهرتز تجاوز می کند و ولتاژ باس به بالای 800 ولت می رسد، محدودیت های خازن های الکترولیتی سنتی به طور فزاینده ای برجسته می شوند. در یک محیط با دمای بالا 125 درجه، طول عمر خازن های الکترولیتی تا 15 درصد از حالت دمای معمولی کاهش می یابد، در حالی که خازن های فیلم همچنان می توانند بیش از 80 درصد عملکرد اولیه را حفظ کنند. این تفاوت به‌ویژه در سناریوهای{9}}ولتاژ بالا مشهود است.

پلتفرم‌های{0} ولتاژ بالا الزامات سخت‌گیری برای فناوری خازن دارند. "به ازای هر 100 ولت افزایش ولتاژ، منحنی طول عمر خازن های الکترولیتی به سطح بعدی کاهش می یابد" که یک قانون شناخته شده در صنعت است. خازن های فیلم از رسانه های پلی پروپیلن (PP) یا پلی استر (PET) با قدرت دی الکتریک بیش از 200 V/um استفاده می کنند که 3{9}} 5 برابر محیط آلومینیوم اکسیدی خازن های الکترولیتی است. یک خازن تک فیلمی می تواند ولتاژ کاری بیش از 1000 VDC را تحمل کند، در حالی که خازن های الکترولیتی معمولاً برای رسیدن به سطح ولتاژ یکسان نیاز به اتصالات سری های متعدد دارند. در سطح اتصال الکتریکی، باسبارهای چند لایه EV، با عملکرد عایق عالی و ظرفیت حمل جریان، به راه حل ترجیحی برای اتصال خازن های فیلم و سیستم محرک الکتریکی تبدیل می شوند و به طور موثر تلفات مدار را کاهش می دهند.

محبوبیت دستگاه های قدرت کاربید سیلیکون (SiC) فرکانس سوئیچینگ را به ارتفاعات جدیدی رسانده است. هنگامی که فرکانس سوئیچینگ به 50 کیلوهرتز می رسد، افزایش دمای خازن های الکترولیتی بسیار بیشتر از خازن های فیلم است که مستقیماً منجر به کاهش قابل توجه تحمل جریان موج دار آنها می شود. ساختار الکترودی فلزی خازن های فیلم، عملکرد دی الکتریک پایدار را در فرکانس های بالا ممکن می سازد، که مزیت اصلی آن برای تطبیق با سیستم های درایو الکتریکی فرکانس بالا نیز می باشد. در مهندسی عملی، انعطاف‌پذیری چیدمان خازن فیلم راحتی قابل توجهی را به ارمغان می‌آورد و امکان قرارگیری نزدیک در کنار ماژول‌های قدرت را فراهم می‌کند و القایی مدار را در سطح بسیار پایین کنترل می‌کند. اتصال Busbar تضمین های اتصال قابل اعتمادی را برای این طرح فشرده ارائه می دهد و تلفات عملکرد ناشی از اندوکتانس انگلی را کاهش می دهد.

در ارتعاش، چرخه دما، و تنش ترکیبی محیط وسایل نقلیه انرژی جدید، خازن های فیلم عملکرد واقعی بسیار فراتر از پارامترهای نظری را نشان می دهند. از منظر قابلیت اطمینان، در آزمایش‌های ارتعاش تصادفی بین 20 تا 2000 هرتز، میزان خرابی خازن‌های فیلم بسیار کمتر از خازن‌های الکترولیتی است. ساختار جامد آنها فاقد الکترولیت مایع است و از جداسازی مواد داخلی ناشی از ارتعاش مکانیکی جلوگیری می کند. در شروع سرد 40 درجه، میزان نگهداری ظرفیت خازن های فیلم بالای 95 درصد است، در حالی که خازن های الکترولیتی به طور قابل توجهی کاهش می یابند که مستقیماً بر پایداری ولتاژ شین در شرایط دمای پایین تأثیر می گذارد. علاوه بر این، هنگامی که یک خازن الکترولیتی از کار می افتد، ممکن است ترکیده یا نشت الکترولیت داشته باشد، در حالی که خازن های فیلم معمولاً کاهش تدریجی ظرفیت را نشان می دهند و باعث ایجاد خطاهای ثانویه نمی شوند. این مزیت ایمنی همچنین الزامات بالاتری را برای باسبار خازن منطبق ایجاد می کند.

از نظر عملکرد الکتریکی، توانایی کنترل جریان موج دار یک شاخص کلیدی است که خازن های فیلم را از خازن های الکترولیتی متمایز می کند. در یک سیستم 800 ولت، چگالی جریان موج دار RMS خازن های فیلم می تواند به 50A/cm² برسد، که 2{4}}3 برابر حجم-خازن های الکترولیتی معادل است. این عمدتاً به دلیل اثر پوستی ضعیف‌تر الکترودهای متالیز شده، زاویه اتلاف دی الکتریک بسیار کم پلی پروپیلن، و توزیع جریان بهینه ساختار چند لایه تقسیم‌بندی شده است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

لازم به ذکر است که اگرچه خازن های الکترولیتی ظرفیت اسمی بیشتری دارند، جریان موج دار واقعی ممکن است کمتر باشد، که تله ای است که به راحتی در فرآیند انتخاب صنعت نادیده گرفته می شود. طراحی معقول گذرگاه خازن DC{1}}همچنین توزیع فعلی را بهینه می‌کند و به طور کامل از مزایای عملکرد خازن‌های فیلم بهره می‌برد.
محبوبیت خازن های فیلم نه تنها نتیجه پیشرفت تکنولوژی است بلکه نتیجه ارتقاء فناوری زنجیره تامین نیز می باشد. در سال‌های اخیر، ظرفیت تولید جهانی خازن‌های فیلم برای خودروهای الکتریکی همچنان در حال افزایش است، در حالی که قیمت به طور پیوسته کاهش یافته است.

 

پدیده "افزایش حجم و کاهش قیمت" پشت این اتفاق، پیشرفت های دوگانه در فرآیندهای مواد و کارایی ساخت است. دیدگاه سنتی معتقد است که قیمت تک ذره‌ای خازن‌های فیلم بالاتر از خازن‌های الکترولیتی است، اما از منظر محاسبه هزینه‌های سطح سیستم، مزایای خازن‌های فیلم بسیار واضح است: بهبود چگالی انرژی آنها منجر به کاهش مصرف، تعمیر و نگهداری، کاهش هزینه‌های طراحی رایگان و کاهش هزینه‌های جایگزینی می‌شود. سیستم خنک کننده و قابلیت اطمینان بالای آن، دوره گارانتی سیستم محرک الکتریکی را افزایش می دهد و به طور غیرمستقیم ارزش نام تجاری محصول را افزایش می دهد. به طور کلی، هزینه در کل چرخه عمر در واقع سودمندتر است.

با افزایش نرخ نفوذ پلت فرم 800 ولت، خود خازن های فیلم نیز با تکرارهای تکنولوژیکی روبرو هستند. راه حل نوظهور "خازن هیبریدی" تحمل ولتاژ بالا خازن های فیلم و ظرفیت بالای ابرخازن ها را ترکیب می کند و در برخی از مدل های{2}}خودروهای پیشرفته به صورت آزمایشی استفاده شده است. از نظر نوآوری مواد، پیشرفت قابل توجهی در تحقیق و توسعه نانو رسانه های مرکب،-ساختارهای الکترودی سه بعدی و فناوری های خود{6}}ترمیمی حاصل شده است. داده‌های آزمایشگاهی نشان می‌دهد که این فناوری‌های جدید می‌توانند به طور قابل توجهی حجم خازن را کاهش دهند و در عین حال به بهبود کیفی در طول عمر چرخه دست یابند.

در سطح یکپارچه سازی سیستم، مفهوم "خازن به عنوان یک جزء ساختاری" طراحی سنتی را مختل می کند، با استفاده از پوشش خازن به عنوان صفحه پایه اتلاف حرارت ماژول قدرت، استفاده از بدنه خازن برای تشکیل یک حفره محافظ الکترومغناطیسی، و استفاده از پین های خازن به عنوان تکیه گاه مکانیکی برای شین. این ادغام عمیق، چگالی توان سیستم محرک الکتریکی را قادر می سازد تا به طور بالقوه به پیشرفتی دست یابد، و راه را برای نسل بعدی طراحی شاسی فوق- فشرده هموار کند. استفاده از شینه عایق برای خازن EV، قابلیت اطمینان عایق و یکپارچگی سیستم را افزایش می دهد و با این الگوی یکپارچه سازی جدید سازگار می شود.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

از روی کار صنعت، قابلیت اطمینان خازن‌های فیلم به تدریج از دیگر جنبه‌های سیستم محرک الکتریکی پیشی گرفته است، و دیگر یک گلوگاه فنی نیست، بلکه یک توانمندساز نوآوری در معماری است. کامپوننت‌های مرتبط با اتوبوس-، مانندبار اتوبوس خودروو نوار توزیع قدرت خازن EV، همچنین به طور مداوم در توسعه مشترک با خازن‌های فیلم بهینه‌سازی می‌شوند و به طور مشترک ارتقاء سیستم محرک الکتریکی خودروهای انرژی جدید را به سمت راندمان بالاتر، قابلیت اطمینان بالاتر و فشردگی بیشتر ارتقا می‌دهند.