客户案例 | 基于Ansys的低功率车载电容器电热耦合仿真
Ansys渠道合作伙伴新科益系统与咨询（上海）有限公司亦对本案例做出贡献
众所周知，车载电容器作为电池管理系统重要一员本身需要在高温环境下持续工作，近年来随着新能源汽车行业的迅猛发展，而今对车载电容器提出了更加严苛的要求，比如更低 的ESR、更低的ESL和更低的功率。首先，低ESR的车载电容器能够有效降低在充放电过程中的损耗，提高能源利用效率，这对于新能源汽车的续航里程提升有一定帮助。同时在电源滤波电路中， ESR越小，电容在滤波时对电压突变的抑制作用越强，输出的电压就越平滑，从而为新能源汽车的电子设备提供更稳定的电源。其次，低ESL的车载电容器能够更好地适应新能源汽车中高频信号的快速变化，在高频电路中具有更快的充放电速度，从而可以更有效地滤除高频噪声，提升信号的完整性。最后相比普通电容器，能够在高温环境下持续工作的低功率车载电容器具有更长的使用寿命。以邱金龙技术专家为首的TDK珠海设计团队借助Ansys仿真软件不仅实现了车载电容器的”三低需求”，而且大大缩短产品的开发周期，为“降本保质”提供强力支撑。
客户简介
客户简介
珠海保税区东电化有限公司是一家在低功率车载电容器设计方面有丰富经验的公司，公司的产品开发团队可以为客户提供满意的解 决方案，针对客户有挑战性的设计需求，公司有西班牙马拉加TDK研发团队和德国海登海姆TDK研发团队支持开发。
所遇工程挑战
所遇工程挑战
设计中需要多方面考虑，相较传统平板电容器如何才能降低ESR、ESL和提高散热性能，同时不增加产品开发成本。
解决方案
解决方案
1.使用Ansys HFSS对平板电容器进行建模，同时研究其性能ESR和ESL，并挖掘关键影响因素；
2.经过优化得到产品的最佳的ESR和ESL参数，随后计算得到其热功耗；
3.在Ansys Workbench多物理场仿真平台，将HFSS得到的热功耗作为Mechanical的输入得到产生热量；
4.经过多次优化，在保证了产品出色的电磁性能和热性能，实现了降本增效，得到了客户的对整个产品方案的高度认可。
低功率车载电容器ESR随频率的变化曲线
低功率车载电容器ESL随频率的变化曲线
相关Ansys软件
相关Ansys软件
Ansys HFSS
Ansys Mechanical
最终成果
最终成果
低功率车载电容器的开发及设计，既要满足电磁方面的要求，又得兼顾热方面的需求。对其电热耦合特性进行分析以及设计散热结构，成为确保电容器安全可靠运行的关键所在。鉴于这种多物理场带来的设计挑战，传统的打样经验已无法满足当前各种不同形态与不同尺寸的设计需求。
产品开发团队引入Ansys进行整个产品的正向开发，从而实现高效优化。HFSS作为全波段仿真工具，得益于几乎无需人工干预的自适应网格技术，能够快速精确计算出电容器在不同频率下的容值以及ESR和ESL。基于Ansys的电热耦合分析，可以便捷地研究叠层母排的电流密度以及电容的温度分布。105℃为车载电容器工作的规格要求，在优化前，低功率车载电容器的热仿真结果刚好为105℃，而优化后为103℃，保证了2℃的设计余量，同时直接降低了整个母排的质量实现了降低成本的效果。
Ansys 仿真软件在所有的低功率车载电容器项目中发挥了不可或缺的作用。我们可以自信地说，我们公司的产品开发团队借助Ansys仿真软件为客户提供了最准确的低功率车载电容器电热仿真方案。
-----------邱金龙TDK CAP PCC LP PD 部门技术专家
来源：Ansys
