【導讀】電動汽車(EV)市場的持續增長帶動了車載充電器 (OBC) 的需求的快速發展。OBC不僅支持直流充電樁快速充電
，還支持使用交流電源在合理的時間內充電。這種係統目前的功率可達22kW
，工作電壓可達800V。OBC的de功gong能neng是shi按an照zhao電dian池chi管guan理li係xi統tong的de要yao求qiu，將jiang外wai部bu交jiao流liu電dian壓ya轉zhuan換huan為wei特te定ding的de直zhi流liu電dian壓ya。這zhe種zhong方fang法fa能neng節jie約yue電dian池chi並bing實shi現xian快kuai速su充chong電dian過guo程cheng。尤you其qi是shi在zai快kuai速su直zhi流liu充chong電dian基ji礎chu設she施shi尚shang不bu夠gou健jian全quan的de偏pian遠yuan地di區qu，OBC能有效提高人們對電動汽車的購買欲。

電動汽車(EV)市場的持續增長帶動了車載充電器 (OBC) 的需求的快速發展。OBC不僅支持直流充電樁快速充電，還支持使用交流電源在合理的時間內充電。這種係統目前的功率可達22kW，工作電壓可達800V。OBC的de功gong能neng是shi按an照zhao電dian池chi管guan理li係xi統tong的de要yao求qiu，將jiang外wai部bu交jiao流liu電dian壓ya轉zhuan換huan為wei特te定ding的de直zhi流liu電dian壓ya。這zhe種zhong方fang法fa能neng節jie約yue電dian池chi並bing實shi現xian快kuai速su充chong電dian過guo程cheng。尤you其qi是shi在zai快kuai速su直zhi流liu充chong電dian基ji礎chu設she施shi尚shang不bu夠gou健jian全quan的de偏pian遠yuan地di區qu，OBC能有效提高人們對電動汽車的購買欲。

考慮到係統的複雜性
，OBC通常需要需要特定的大電容來穩定為電池充電的直流電壓。鋁電解電容器滿足關鍵要求，比如具有高達500 V的額定電壓，最大820µF的大電容和在-40°C至105°C的工作溫度範圍內的高紋波電流能力
，是一種極具吸引力的解決方案。

車載充電器用鋁電解電容器麵臨的挑戰

直流支撐電容器不僅要滿足係統的電容要求，還必須能耐受隨OBCgonglvmiduwenbutishengerchixuzengjiadewenbodianliu。erzhehuituigaogonglvsunhao，zhishizhenggexitongshengwen，congeryingxiangxingnengbingsuoduanshiyongshouming。jianyuci
，weitigaojingzhengli
，bixupeibeiyigetongyanglianjiedaozhiliuzhichengdianrongqidelengquexitong。weimanzuzhexieyaoqiu，TDK針對OBC應用開發了新的大尺寸型B43652*係列電容器
，不僅專門優化了底座冷卻方式，還完美結合了上述所有特性。

圖1：車載充電器的應用挑戰

熱管理的原因

直流支撐電容器的正確選擇取決於若幹參數。其中額定電壓 (VR) 由OBC的工作電壓決定，並且應涵蓋平均值加峰值紋波電壓。對於電壓>500 V的係統，可以考慮串聯電容器。另外
，額定紋波電流IR、所需使用壽命和工作溫度範圍則取決於OBC的任務配置。工作溫度範圍應涵蓋整個使用壽命期間的預期環境溫度。

盡(jin)管(guan)某(mou)些(xie)要(yao)求(qiu)是(shi)給(gei)定(ding)的(de)並(bing)且(qie)難(nan)以(yi)更(geng)改(gai)，但(dan)某(mou)些(xie)特(te)性(xing)可(ke)由(you)供(gong)應(ying)商(shang)或(huo)客(ke)戶(hu)進(jin)行(xing)優(you)化(hua)。鋁(lv)電(dian)解(jie)電(dian)容(rong)器(qi)的(de)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)主(zhu)要(yao)受(shou)其(qi)磁(ci)芯(xin)溫(wen)度(du)的(de)影(ying)響(xiang)。通(tong)常(chang)，高(gao)紋(wen)波(bo)電(dian)流(liu)和(he)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)升(sheng)高(gao)都(dou)會(hui)使(shi)得(de)電(dian)容(rong)器(qi)明(ming)顯(xian)升(sheng)溫(wen)
，從(cong)而(er)縮(suo)短(duan)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)。參(can)照(zhao)阿(e)倫(lun)尼(ni)烏(wu)斯(si)公(gong)式(shi)的(de)經(jing)驗(yan)法(fa)則(ze)



，磁(ci)芯(xin)溫(wen)度(du)沒(mei)增(zeng)加(jia)10 K

，電容器使用壽命會縮短50%。因此
，在相同負載條件下降低磁芯溫度，能有效降低組件的ESR（等效串聯電阻）和優化熱管理。TDK專門開發的B43652*係列是一種大尺寸電容器
，能在整個壽命周期內維持超低的ESR並bing改gai善shan內nei部bu熱re阻zu。其qi配pei備bei外wai部bu冷leng卻que係xi統tong，在zai電dian容rong器qi的de罐guan底di和he散san熱re片pian之zhi間jian實shi現xian了le高gao效xiao的de熱re傳chuan遞di，極ji大da地di的de改gai善shan了le電dian容rong器qi的de可ke用yong性xing
，比bi如ru實shi現xian了le高gao紋wen波bo電dian流liu能neng力li，大da幅fu延yan長chang的de使shi用yong壽shou命ming。從cong經jing濟ji性xing角jiao度du來lai看kan，相xiang比bi於yu使shi用yong多duo個ge並bing聯lian電dian容rong器qi或huo具ju有you更geng長chang的de額e定ding壽shou命ming的de電dian容rong器qi設she計ji，這zhe種zhong優you化hua更geng具ju優you勢shi。

圖2：影響使用壽命的關鍵因素

兼顧電容器冷卻的內部設計

鋁電解電容器的內部包含一個繞組元件
，天生具有比徑向設計更好的軸向熱導率。增加底座冷卻選項後

，B43652係xi列lie的de軸zhou向xiang熱re導dao率lv進jin一yi步bu提ti高gao。繞rao組zu元yuan件jian和he罐guan底di之zhi間jian的de直zhi接jie金jin屬shu接jie觸chu明ming顯xian降jiang低di了le從cong熱re點dian到dao罐guan體ti的de熱re阻zu，同tong時shi罐guan底di的de穩wen定ding性xing也ye得de到dao了le改gai善shan，能neng有you效xiao避bi免mian電dian容rong器qi在zai使shi用yong壽shou命ming期qi間jian內nei發fa生sheng膨peng脹zhang，從cong而er損sun壞huai這zhe種zhong熱re連lian接jie。考kao慮lv在zai電dian容rong器qi底di部bu設she置zhi通tong風feng孔kong容rong易yi被bei散san熱re片pian堵du塞sai，因yin此ci特te意yi改gai到dao電dian容rong器qi的de側ce壁bi。總zong之zhi，TDK的新型B43652係列電容器是一種側麵通風的大尺寸電容器
，專為OBC應用而設計，具有底座冷卻選項。

圖3：鋁電解電容器的內部設計及其對散熱的影響

關於設計的改進詳情，請參見圖4。對於一個標準的35 x 40 mm電容器，軸向內部熱阻為4.49 K/W
；而側麵通風設計的B43652係列則降低到0.6 K/W。由於繞組元件與罐底之間采用金屬接觸，從磁芯到環境的總熱阻也從15.1 K/W降低到12 K/W，降幅達

圖4：以尺寸為35x40mm大型電容器為例，底部通風孔（左）和側通風孔設計（右）的Rth值比較

圖5為自然連接的底部通風設計（左）和帶底座冷卻選項的側麵通風設計（右）的熱模擬（溫度和熱流）比較。

在85°C環境溫度下對每個電容器施加1 W的負載時
，非冷卻版本的磁芯溫度達到106至109°C。而處於相同場景下的側通風設計和帶底座冷卻選項的電容器版本，其散熱片的溫度為85°C，磁芯溫度僅比散熱片溫度高3k，為88°C。相比於非冷卻版本設計，溫度低了約20k，意味著延長了約200%的使用壽命。

通過熱通量模擬對比可以發現，帶底座冷卻選項的方案主要通過罐底傳熱。從軸向梯度可以看出
，印刷電路板(PCB)側(ce)的(de)傳(chuan)熱(re)較(jiao)弱(ruo)
，底(di)部(bu)傳(chuan)熱(re)較(jiao)強(qiang)。非(fei)冷(leng)卻(que)版(ban)本(ben)則(ze)呈(cheng)現(xian)另(ling)一(yi)個(ge)方(fang)向(xiang)的(de)梯(ti)度(du)，傳(chuan)熱(re)主(zhu)要(yao)發(fa)生(sheng)在(zai)印(yin)刷(shua)電(dian)路(lu)板(ban)的(de)方(fang)向(xiang)。所(suo)以(yi)，非(fei)冷(leng)卻(que)版(ban)本(ben)通(tong)過(guo)底(di)部(bu)的(de)熱(re)通(tong)量(liang)較(jiao)弱(ruo)，而(er)且(qie)中(zhong)心(xin)電(dian)容(rong)器(qi)的(de)熱(re)通(tong)量(liang)也(ye)是(shi)不(bu)對(dui)稱(cheng)的(de)。同(tong)時(shi)，非(fei)冷(leng)卻(que)版(ban)本(ben)的(de)磁(ci)芯(xin)溫(wen)度(du)也(ye)呈(cheng)現(xian)了(le)擴(kuo)散(san)趨(qu)勢(shi)，這(zhe)意(yi)味(wei)著(zhe)具(ju)有(you)更(geng)高(gao)磁(ci)芯(xin)溫(wen)度(du)的(de)中(zhong)心(xin)電(dian)容(rong)器(qi)存(cun)在(zai)熱(re)不(bu)不(bu)對(dui)稱(cheng)，而(er)帶(dai)底(di)座(zuo)冷(leng)卻(que)選(xuan)項(xiang)的(de)版(ban)本(ben)則(ze)沒(mei)有(you)這(zhe)樣(yang)的(de)擴(kuo)散(san)，顯(xian)著(zhu)降(jiang)低(di)了(le)溫(wen)升(sheng)風(feng)險(xian)。

圖5：非冷卻標準設計和帶冷卻選項的側通風設計的電容器組的熱模擬

關於在OBC應用中可實現的整體改進，請參見圖6。通過兩個具有相同尺寸
、額定電壓和額定電容的B43652係列電容器的對比可以發現，相比與結構相同的自然對流設計的電容器
，帶底座冷卻選項的電容器的紋波電流能力要高出85%。自然對流設計的電容器的最大紋波電流IAC,max為6.11 a，而帶底座冷卻選項的電容器版本的紋波電流IAC,max則高達11.28 a。此外，在相同負載條件，兩個帶底座冷卻選項的電容器的使用壽命幾乎是四個非冷卻電容器的兩倍。

基於上述結果可以明顯看出，TDK的B43652*係列大尺寸電容器針對OBC應用進行了優化，配備底座冷卻選項，能顯著減少直流支撐電容器組的數量，在技術和經濟方麵都具有明顯優勢。

圖6：自然對流與帶底座冷卻選項的設計比較

產品鏈接

更多信息
，請點擊B43649和B43652係列。

（來源：TDK）

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