＝：＝前沿技术 ｉ；－ｉｉ ｉｔ＂ ＿ 集成设计水冷电容器 新能源汽车控制器中的ＤＣ—Ｌｉｎｋ薄膜电容器经常在接近 ｌｌ５的Ｉ不境中工作。集成设计的水 令薄膜电容器是提高其自身 散热能力的有效方式，同时带来了高功率密度、高热导率、高 机械强度等益处。 ｌ撅述 薄膜电容器在电动汽车电机控制器中．￣Ｅｌ ｚＸ０了广泛应用，但 它在汽车应用中也面临着高Ｉ不境温度的挑战。纯电动汽车（ＥＶ） 工作环境温度为７０ｄｅｇＣ；混合动力汽车（ＨＥＶ／ＰＨＥＶ）由于 受内燃机影响，其工作环境温度通常在９０以上。金属聚丙烯 薄膜电容（ＰＰ）的最高工作温度为１０５，其耐高温特性差成为 电机控带 器耐高温的主要制约器件。 解；央工作温度限制的有效途径是增强薄膜电容器的散热能 力、降低电容工作温度。因此，鹰峰电子开发了集成化设计的 水 令薄膜电容器，一方面解；央了汽车应用中高环境温度的问题， 同时也带来了高功率密度、高热导率、高机械强度的益处。 ２直ｉＪｉ Ｌ￣：＼节电容的应用 薄膜电容器广泛应用于电力变流器的直流环节，即ＤＣ／ ＤＣ变换器和逆变器之间。对于电动汽车电机控制器中的直流 不节薄膜电容器，主要有三个作用： （ａ）平滑直流母线上的 电压， （ｂ）为逆变器提供能量， （Ｃ）作为ＩＧＢＴ开关回路的 吸收回路。图１给出了典型的ＤＣ—ｌｉｎｋ电容器的在电动汽车电 机控带ｌ＿器中应用回路。 图１ ＤＣ—Ｉｉｎｋ电容在电动汽车中的应用侈 ３水；令电容器的结构 水 令薄膜电容器是基于ｌｎｆｉｎｅｏｎ的ＨＰ Ｄｒｉｖｅｒ ＩＧＢＴ进行设 计和开发的。它集成了薄膜电容、叠层母排、水；令散热底板等 上海鹰峰科技股份有限公司丁海洋（（：Ｔ（）），王伟旭（ＣＡＥ） 电力电子无源器件。图２给出了水；令电容的外形结构。 ＩＧＢＴ Ｈｏｕｓｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ 图２集成设计水冷电容外形结构 ４水；令电容器的验证 电容器一般选用环氧树脂作为灌封胶，其导热系数基本 在０．６～１．５Ｗ／ｍ·Ｋ范围内。电容器外壳常选用金属或塑料， 金属材料的导热系数（１ ５－４００Ｗ／ｍ·Ｋ）远高于塑料的导热系数 （０．２～０．３ ｗ／ｍ·Ｋ）。ＥＡＧＴＯＰ水；令电容器外壳采用Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ａｌｌｏｙ（约ｌ ８０Ｗ／ｍ·Ｋ）来替代ＰＰｓ（Ｐｏ１ｙｐｈｅｎｙ１ｅｎｅ Ｓｕｌｉｆｄｅ，约０．２ Ｗ／ｍ·Ｋ），希望可以对电容器的散热起到改善作用。 我们建立了水冷电容器的稳态仿真模型，并使用ＡＮＳＹＳ 软件进行了仿真，用以验证水冷电容器灌封胶及外壳导热系数 对芯子温升的影响。 仿真计算时，我们采用如下输入条件： （１）母排及芯子承担有效值为１７０Ａ的纹波电流，芯子 ＥＳＲ为０．２８ｍ￣）； （２）ＩＧＢＴ发热功率为ｌ５００Ｗ： （３）水；令电容器通过流量为８Ｌ／ａｒｉｎ的５０％乙二醇水溶液， 入口温度为７０： （４）水；令电容器外侧与空气接触面采用自然对流和辐射 方式散热，环境温度为１１５。 ４．１灌封胶及外壳导热系数对芯子温升的影响仿真验证 为了仿真验证灌封胶及外壳导热系数对芯子温升的影响， 在此计算不同的灌封胶导热系数情；兄下的外壳导热系数对芯 子最高温度的影响。图３给出了灌封胶导热系数分别为０．６Ｗ／ ｍ·Ｋ、１．ＯＷ／ｍ·Ｋ和１．５Ｗ／ｍ·Ｋ时，电容器芯子最高温度随外 壳导热系数变化曲线。可以清晰地看出，当其他因素保持不变 Ｌ３ｏ— Ｊｎ葛 ‘ＩＥ 卜 Ｊｏｕ￡ｒ＇Ｅ一＇Ｉｅ乏 前沿技术 ０ Ｓ ０ Ｓ Ｏ Ｓ Ｏ ５ Ｏ ｕ ｕ ∞ ｍ ９ ８ 时，电容器芯子最高温度随外壳导热系数的增大而呈递减趋势。 Ｔｙｐｅ：Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ 外壳导热系数在０．２～５０Ｗ／ｍ·Ｋ范围内，电容器芯子最高温度 递减趋势很明显；而在高于５０Ｗ／ｍ·Ｋ时，电容器芯子最高温 度则趋于平稳。保持灌封胶导热系数为１．０Ｗ／ｍ·Ｋ，当外壳采 用ＰＰＳ材质时，电容器芯子最高温度为ＩＪ６．７。由于薄膜电容 器芯子最高耐受温度为１ ０５，ＰＰＳ外壳的水；令电容器无法适应 此高环境温度的应用。 另外，由图３还可以看出，当外壳导热系数保持不变时， 芯子最高温度陋着灌封胶导热系数的增大呈递减趋势。因 此，灌封胶导热系数对电容器芯子的散热影响同样不可忽 ｕ ●—二ｎ ｎ功＝［ ＨＨ］瑚 ％蝣［＝ 口口Ｕ＿ 蚰虻∞埘Ⅲ篙Ⅲ略。 －－—一０．６Ｗ／ｍ·Ｋ 一１．ＯＷ／ｍ－Ｋ …１．ＳＷ／ｍ·Ｋ ０ ５０ １００ ＩＳＯ ２ｏ０ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｃｏｎｄｕ￣ｉｖｉｔｙ【Ｗ／ｍ·Ｋ】 旧３ ｊ位封胶导热系数分驯为Ｌ】６ｗ ／ｍ·Ｋ、１ ０Ｗ／ｍ·１，４和１．５ ／ｍ·１－￣ 时，电容器芯子渡高温度随外壳导热系数变化曲线 ４．２铝合金外壳均温作用仿真验证 图４给出了当灌封胶导热系数为Ｊ，０Ｗ／ｍ·Ｋ时 外壳分别 采用ＰＰＳ和Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ａｌｌｏｙ时，电容器整体及芯子温度分布。 由图上外壳探测点的温度可以清晰地看出，Ａｌｕｍｉｎｍｎ Ａｌｌｏｙ的 均温作用远远优于ＰＰＳ。正是由于这种均温作用，才使得芯子 温升大大地降低。 Ｕｎ 曩 ｓ ｎ ． 主 闺４ ｊ拉封胶导热系数采用】．（）＼、 ／ｍ·Ｋ时，外壳分别采用ＰＰＳ和 ＡｌｕｍＩ１］ｕｍ Ａｌｌ（｝ｖ时，电容器整体及芯子温度分布图 根据仿真结果可以看出，当外壳采用Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ａｌｌｏｙ材 质时，电容器芯子最高温度为８６．９。Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ａｌｌｏｙ外壳散 热能力远远超过ＰＰＳ材质外壳。当其他条件不变时，外壳分 别采用两种材料时，电容器芯子温度相差约３０。考虑到薄膜 电容芯子最高工作温度为１０５，铝外壳水；令电容器仍有 ｌ 的温度冗余去适应更高的电动汽车控制器环境温度。 对于ＥＡＧＴＯＰ水；令电容器，铝外壳增强了电容器的热导 率和机械强度，水；令系统改善了电容器的自身散热能力。仿真 结果证明，它比传统电容具有更强的高温环境适应性，不但可 以适应高达ｌ】５的汽车控制器环境温度，而且还有 ｌ的设 计冗余去适应更为苛￣ＵＢ，０温度环境，或者延长了电容器的使用 寿命。
