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EV汽车技术热点:逆变器里的电容有何特别?

2020-10-16 09:45 来源:尼吉康 编辑:电源网

上半年COVID-19疫情的爆发,给IT设备领域创造了新的行业热点,但对交通出行行业造成了重创。从中国汽车工业协会(CAAM)的数据来看,今年一季度,乘用车销量相比去年同期降低了42.4%。上汽大众和上汽通用这一季的销量跌幅达到了50.4%和47.7%。

但好的信号是,全国乘联会(CPCA)数据显示,3月份国内汽车销量虽然同比降低,但降幅已经远低于2月份的水平,表明市场正在回暖。另外,疫情之后的汽车市场,正从燃油车转向EV(电动汽车)或xEV(混合动力等类型的汽车)等新能源汽车。虽然油价在降,但国内针对汽车电动化保持着长期策略目标。

EV汽车技术热点:逆变器里的电容有何特别?

国家在政策层面给予了新能源汽车以进一步的补贴刺激,国内至少10个城市发布刺激计划。比如广州宣布针对今年3-12月份新能源汽车销量,补贴10000元人民币;另外全国范围内,针对新能源汽车的补贴从原本的今年年底结束,延后至2022年。与此同时,针对新能源汽车的基建工作还在持续,典型如国家电网预计在2020年投资27亿元打造7.8万充电站。

市场对于EV规模的扩大始终在持续,即便整个汽车行业从去年开始便受制于种种市场因素,EV带来的市场热点,对于市场参与者的诱惑仍然是不可忽视的。早前我们曾撰文提过电动车带来的各种市场新机遇:在这篇文章中,我们尝试从电容器来观察这一技术转变,探讨伴随汽车电动化趋势,电容器表现出的尖端技术转变。

电动车核心部件进化

电动汽车中,电容器的作用主要是阻断纹波电流、消除直流总线电压波动,另外还用于保护功率器件:典型如现在的IGBT(绝缘栅双极型晶体管)。要理解当代电容技术,在其间发生的转变,还是需要首先看一看电动车内部构造上的变化,以及在此间电容器技术转变的关键位置。

EV汽车技术热点:逆变器里的电容有何特别?

上面这张图是EV纯电动车的简单框图,内部完全不再使用内燃机引擎。在刹车制动时,电机可作为发电机存在,将动能转为电能的方式为电池充电。与此同时,对于不同形式的EV汽车而言,系统内都会有电池传输电流至高压组件,为汽车提供电动动力。

其中,逆变器(Inverter)与DC-DC变换器,在整个车内是核心高压模块。逆变器将来自电池的直流电,转为电机所需的三相交流电。DC-DC变换器,则将车内马达(如刹车制动)产生的高压,转为典型的电池电压(如12V/20V)。这两者,再加上电池系统,就是电动车的核心要件,都有各自的设计挑战。

以逆变器为例,逆变器内部的功率晶体管必须针对高压电流,进行无缝转换、开关、调节动作,而且是在高温这样的恶劣环境下。IGBT、WGB(宽禁带)、SiC、GaN一类技术也因此开始盛行,体现出市场参与者对功率及效率提升的要求。而且这些材料能够经受高温、高压。但与此同时,新技术的采用也给稳定、安全的设计带来了挑战。比如说GaN功率晶体管以极快的速度开关,那么系统设计就很大程度需要考虑EMI电磁干扰或者寄生电感导致的问题。

DC-DC变换器的设计挑战也在于,传统硅器件要求采用昂贵的水冷系统。WGB宽禁带器件能够降低这方面的成本和需求,但也带来了一些潜在的安全问题——因为多个转换器应用要集成到单个模块中,增加了工作电压。

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