تجزیه و تحلیل فناوری DC{0}}فناوری خازن فیلم پیوند برای خودروهای انرژی جدید: طراحی کلیدی و روندهای کاربردی برای سیستم‌های پیوند DC با قابلیت اطمینان بالا-

با توسعه سریع صنعت خودروهای انرژی جدید (NEV)، سیستم‌های محرک الکتریکی نیاز به راندمان بالاتر، چگالی توان بالاتر و عملکرد قابل اعتماد طولانی‌مدت دارند. پیشرانه یک NEV در درجه اول از باتری کششی، موتور الکتریکی و سیستم کنترل موتور تشکیل شده است. اینورتر به عنوان یک پیوند مهم بین باتری و موتور محرک عمل می کند و وظایف ضروری مانند تبدیل برق DC، تنظیم توان و پاسخ دینامیکی را انجام می دهد.

 

در سیستم اینورتر، DC{0}خازن لینک نقشی حیاتی در تثبیت ولتاژ باس DC، جذب جریان‌های موج دار با فرکانس بالا، کاهش نوسانات ولتاژ، و بهبود عملکرد سوئیچینگ دستگاه‌های قدرت ایفا می‌کند. همانطور که NEVها به سمت پلتفرم‌های ولتاژ بالا، سوئیچینگ فرکانس{{4} بالا و چگالی توان بالا تکامل می‌یابند، خازن‌های الکترولیتی سنتی به طور فزاینده‌ای برای برآوردن الزامات سیستم در مورد طول عمر، قابلیت اطمینان و عملکرد فرکانس بالا تلاش می‌کنند. در نتیجه، -خازن‌های فیلم پیوندی-با استفاده از فناوری فیلم پلی‌پروپیلن متالیز-به‌عنوان یک انتخاب ارجح برای سیستم‌های کنترل الکترونیکی NEV ظاهر شده‌اند.

 

در معماری الکتریکی NEVها، ساختارهای رسانا که سیستم باتری، اینورتر و ماژول‌های قدرت را به هم متصل می‌کنند، باید انتقال جریان بالا را در کنار به حداقل رساندن پارامترهای انگلی داشته باشند. بنابراین، باسبار باتری و ساختار اتصال خازن با کارایی بالا-اغلب به عنوان یک واحد یکپارچه برای کاهش تلفات و تداخل الکترومغناطیسی در حلقه جریان طراحی می‌شوند.

 

 

 

سیستم های درایو NEV معمولا از ماژول های قدرت IGBT یا SiC برای تبدیل نیرو استفاده می کنند. در طول سوئیچینگ با سرعت بالا، این ماژول های قدرت نرخ های قابل توجهی از تغییر در ولتاژ و جریان ایجاد می کنند. بدون ساختار بافر انرژی پایدار در باس DC، این می تواند منجر به نوسانات ولتاژ، افزایش تلفات سوئیچینگ و کاهش قابلیت اطمینان سیستم شود.

 

DC{0}}خازن‌های فیلم پیوندی عمدتاً برای اتصال خروجی DC باتری کششی به ورودی اینورتر استفاده می‌شوند و از طریق قابلیت‌های شارژ و دشارژ سریع، پایداری ولتاژ باس را حفظ می‌کنند. به طور همزمان، آنها نوسانات گذرا ایجاد شده در هنگام تعویض دستگاه برق را کاهش می دهند و از یک محیط الکتریکی پایدار برای کل سیستم محرک الکتریکی اطمینان می دهند.

 

سیستم‌های کنترل الکترونیکی مدرن NEV اغلب دارای طرح‌های فشرده‌ای هستند که به چیدمان هماهنگ ماژول‌های خازن، اتصالات رسانا و اجزای قدرت نیاز دارند. برای مثال، باسبار خازن EV-یک جزء رسانای حیاتی که خازن و ماژول قدرت را به هم متصل می‌کند{2}}به طور موثر مسیرهای جریان را کوتاه می‌کند، اندوکتانس حلقه را کاهش می‌دهد و عملکرد دینامیکی سیستم را افزایش می‌دهد.

 

 

خازن های فیلم از فیلم متالیزه به عنوان ساختار دی الکتریک استفاده می کنند. هنگامی که یک ناحیه موضعی یک شکست دی الکتریک جزئی را تجربه می کند، لایه متالیز شده فوراً تبخیر می شود تا ناحیه معیوب را جدا کند و به خازن اجازه می دهد به عملکرد عادی خود ادامه دهد. این ویژگی به عنوان قابلیت خود درمانی شناخته می شود.

 

برخلاف خازن‌های الکترولیتی که به دلیل پیری الکترولیت یا افزایش دما مستعد کاهش عملکرد هستند، خازن‌های فیلم تحمل و پایداری اضافه ولتاژ بالایی دارند و آنها را برای محیط‌های کاری طولانی‌مدت وسایل نقلیه انرژی جدید مناسب‌تر می‌سازد.

 

در سیستم‌های انتقال قدرت با ولتاژ بالا، خازن‌ها باید در برابر نوسانات مکرر ولتاژ مقاومت کنند. در نتیجه، ساختارهای اتصال-مانند شین‌های خازن فیلم EV-به ویژگی‌های عایق عالی و قابلیت اطمینان مکانیکی برای اطمینان از عملکرد ایمن-در طولانی‌مدت نیاز دارند.

 

 

 

وسایل نقلیه با انرژی جدید در محیط‌های پیچیده کار می‌کنند و با شرایط مختلفی مانند استارت‌های سرد، عملکرد{0}در دمای بالا، و بارهای پایدار مواجه هستند.

 

مواد فیلم پلی پروپیلن با دمای بالا، پایداری حرارتی عالی و نرخ تغییر خازن پایین را ارائه می‌دهند و عملکرد ثابتی را در محدوده وسیع دمایی حفظ می‌کنند.

 

در حالی که برخی از مواد خازن سنتی به نوسانات دما حساس هستند، خازن های فیلم بهتر نیازهای سازگاری محیطی وسایل نقلیه انرژی جدید را برآورده می کنند و معمولاً محدوده دمایی -40 درجه تا 105 درجه یا حتی بالاتر را پوشش می دهند.

 

برای سیستم‌های کنترل الکترونیکی خودرو با فضای نصب محدود، یک طرح بهینه بین شین‌های قدرت فشرده و ماژول‌های خازن می‌تواند کارایی اتلاف گرما را افزایش دهد و در عین حال حجم کلی سیستم را کاهش دهد.

 

 

از آنجایی که فرکانس کاری اینورترها در خودروهای انرژی جدید همچنان در حال افزایش است، تقاضاهای بیشتری بر روی قابلیت‌های پاسخ فرکانس بالا-خازن‌ها اعمال می‌شود. خازن های فیلم دارای مقاومت سری معادل کم (ESR) و اندوکتانس سری معادل (ESL) هستند که به طور موثر تلفات ناشی از جریان های فرکانس بالا را به حداقل می رساند.

 

ویژگی‌های ESR پایین، خازن‌های فیلم را قادر می‌سازد تا در برابر جریان‌های موجی بالاتر مقاومت کنند و این امکان را فراهم می‌آورد که نیاز به ظرفیت کل کاهش یابد و چگالی توان کلی افزایش یابد.

 

علاوه بر این، بهینه سازی ساختار الکترود داخلی و روش های اتصال خارجی می تواند امپدانس حلقه جریان را بیشتر کاهش دهد. به عنوان مثال، استفاده از سیستم‌های شینه در سیستم‌های انرژی جدید وسایل نقلیه، مسیرهای انتقال نیرو فشرده‌تر و کارآمدتر را تسهیل می‌کند.

 

 

از آنجایی که وسایل نقلیه جدید انرژی (NEV) دستگاه‌های توان فرکانس بالاتر- را اتخاذ می‌کنند، الزامات سیستم برای کنترل پارامترهای انگلی به طور فزاینده‌ای سخت‌گیرانه شده است. به ویژه در کاربردهایی که شامل ماژول‌های IGBT و SiC می‌شوند، اندوکتانس بیش از حد حلقه می‌تواند باعث افزایش ولتاژ در طول سوئیچ‌ها شود و در نتیجه استرس بر قطعات را افزایش دهد.

 

 

در نتیجه، خازن‌های DC{0}}اغلب باید به طور محکم با شین‌های رسانا ادغام شوند تا با کوتاه کردن مسیرهای جریان و افزایش ناحیه اتصال بین پایانه‌های مثبت و منفی، اندوکتانس سرگردان به حداقل برسد.

 

استفاده از طراحی باسبار القایی پایین-برای خازن های DC{1}}به طور موثری اضافه ولتاژ را در حین سوئیچینگ کاهش می دهد، پایداری عملیاتی ماژول های قدرت را افزایش می دهد و مشکلات تداخل الکترومغناطیسی را کاهش می دهد.

 

در کاربردهای{0}NEV با توان بالا، باسبارهای قدرت نه تنها برای انتقال جریان عمل می‌کنند، بلکه در طراحی مدیریت حرارتی و سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) کل سیستم الکتریکی نیز نقش دارند.

 

 

 

همانطور که پلتفرم های ولتاژ در NEV ها همچنان در حال افزایش هستند، سیستم های ولتاژ بالا{1}800 ولت در حال تبدیل شدن به روند غالب هستند. ولتاژهای بالاتر مستلزم اجزای اتصال الکتریکی است که دارای درجه بندی عایق برتر، تلفات کمتر و قابلیت اطمینان مکانیکی بیشتر است.

 

روش های اتصال گسسته سنتی به سمت راه حل های یکپارچه در حال تکامل هستند. طرح های مدولار با ترکیب شینه های مسی رسانا، سازه های عایق و اجزای خازن به کاهش مراحل مونتاژ و بهبود قوام ساخت کمک می کند.

 

اجزای رسانای آینده در سیستم های کنترل الکترونیکی NEV به طور فزاینده ای ساخت سبک وزن، قابلیت اطمینان بالا و سفارشی سازی را در اولویت قرار می دهند. برای مثال، شینه‌های مسی عایق‌شده می‌توانند الزامات عایق و هدایت را در طرح‌بندی‌های فضایی پیچیده برآورده کنند، و راه‌حل‌های اتصال ایمن‌تر و مطمئن‌تر را برای سیستم‌های درایو الکتریکی ولتاژ بالا- ارائه دهند.

 

 

سیستم‌های پیشرانه NEV نه تنها به عملکرد خازن عالی نیاز دارند، بلکه به یکپارچگی بهینه سازه‌های اتصال با خازن‌ها، باتری‌ها و ماژول‌های قدرت نیز نیاز دارند.

 

فرآیندهای طراحی عملی باید به طور جامع عوامل زیر را در نظر بگیرند:

ظرفیت حمل فعلی-: اطمینان از عدم افزایش بیش از حد دما در طول عملیات با سرعت بالا.

قابلیت اطمینان عایق: برآورده کردن الزامات ولتاژ درازمدت-در محیط‌های ولتاژ بالا-.

پایداری مکانیکی: تحمل تنش های مکانیکی ناشی از لرزش خودرو، شوک، و عملکرد طولانی مدت-.

 

طراحی اندوکتانس پایین-: به حداقل رساندن نوک ولتاژ ایجاد شده در هنگام سوئیچینگ با سرعت بالا. در نتیجه، تعداد فزاینده‌ای از وسایل نقلیه انرژی جدید (NEV) راه‌حل‌های اتصال متقابل سفارشی‌سازی شده را اتخاذ می‌کنند-مانند شین‌های سفارشی خودرو که برای توزیع کارآمد نیرو طراحی شده‌اند{4}}که متناسب با محدودیت‌های فضایی، سطوح ولتاژ، و نیازهای برق خودرو طراحی شده‌اند.

 

 

همانطور که بخش‌های وسایل نقلیه انرژی جدید، خودروهای الکتریکی هیبریدی، و خودروهای سلول سوختی به تکامل خود ادامه می‌دهند، خازن‌های DC{0}}لینک فیلم نقش حیاتی فزاینده‌ای در سیستم‌های محرک الکتریکی با قدرت{{1} بالا خواهند داشت.

 

روندهای کلیدی فناوری آینده عبارتند از:

 

اول، افزایش چگالی انرژی. با بهینه‌سازی مواد فیلم، ساختارهای الکترود و روش‌های بسته‌بندی، می‌توان ظرفیت ذخیره‌سازی انرژی را افزایش داد و به طور همزمان اندازه اجزا را کاهش داد.

 

دوم، بهبود مقاومت در برابر درجه حرارت بالا-. این امر انطباق با الزامات سختگیرانه مدیریت حرارتی مرتبط با{2}}محیط های عملیاتی پرقدرت NEV ها را تضمین می کند.

 

سوم، افزایش یکپارچگی مدولار. ادغام خازن‌ها، شین‌ها و ماژول‌های قدرت در یک طراحی یکپارچه، مسیرهای جریان را کوتاه‌تر و تلفات سیستم را کاهش می‌دهد.

 

چهارم، پیشرفت هوش. ادغام با سیستم های کنترل الکترونیکی NEV امکان نظارت بر وضعیت واقعی-و پیش بینی عمر سرویس را فراهم می کند.

همانطور که NEV ها به سمت راندمان و قابلیت اطمینان بالاتر حرکت می کنند،-راه حل های اتصال رسانا با کارایی بالا-مانند شین های مسی رسانای سفارشی برای برق خودرو{2}}هم افزایی نزدیک تری با خازن های فیلم DC-پیوند خواهند داشت. این همکاری پایه ای برای انتقال پایدار و کارآمد نیرو در پیشرانه های NEV آینده ایجاد می کند.

 

به طور خلاصه،DC{0}}خازن های فیلم پیوندبه دلیل ایمنی بالا، عمر طولانی، تلفات کم، و عملکرد عالی با فرکانس بالا-به یکی از اجزای حیاتی سیستم های اینورتر NEV تبدیل شده اند. هنگامی که با فناوری اتصال باسبار بسیار قابل اعتماد ترکیب می شوند، کارایی، پایداری و طول عمر سیستم های محرک الکتریکی را افزایش می دهند و پشتیبانی فنی ضروری را برای پیشرفت حمل و نقل انرژی جدید ارائه می دهند.