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在电机控制器中，电池组的直流电作为输入电源，需要通过直流母线与电机控制器连接，称为DC-LINK或者直流支撑，我们称之为母线电容或支撑电容或支撑电容DC-Link电容。由于电机控制器从电池组撑上产生高脉冲电压，使电机控制器难以承受，因此需要选择母线电容器连接。
母线电容器的作用：
1.平滑母线电压，使电机控制器的母线电压在IGBT开关还是比较光滑的；
2.减少电机控制器IGBT端到动力电池端线的电感参数削弱了母线的尖峰电压；
3.吸收电机控制器母线端的高脉冲电流；
4.防止母线端电压过充和瞬时电压对电机控制器的影响。
母线电容器从最初的电解电容器改为现在常用的薄膜电容器，但电解电容器并没有完全消失，在MOS多个电解电容物流车辆的控制器上，管道仍然使用多个电解电容并联使用。
丰田Prius 第一代电控是三个松下电解电容器，规格为：450V/2700uF，丰田Prius定州薄膜电容器用于第二代电控系统，是松下薄膜电容器，但具体参数在图片上看不清楚，不介绍。
图1第一代Prius 电解电容
图2第二代Prius 薄膜电容
图3国内商用车早期电解电容
图4国内商用车早期薄膜电容
图5现在控制器常用定制电容器
1.电解电容的优点是容量大于薄膜电容；
与电解电容相比，薄膜电容具有优势；
3.薄膜电容具有更好的温度和频率特性；
4.膜电容无极性，能承受反向电压；
5.膜电容额定电压高，无串联平衡电阻；
6.薄膜电容采用干式设计，无电解质泄漏危险，无酸污染；
7.薄膜电容较低ESR，抗纹波电流能力强；
8、薄膜电容更强的抗脉冲电压能力；
9.薄膜电容器寿命长；
10.薄膜电容器外观设计更灵活，可根据不同需要定制。
图6电解电容与薄膜电容参数的比较
除了正常纹波电压的波动外，电机还包括IGBT动作过程中电流的剧烈变化产生尖峰电压和电机反转时的反电动势，使用中允许使用膜电容器1.理论上可以选择额定电压较低的膜电容器作为额定电压值脉冲的两倍。
如现在的320V的电机控制器系统一般选用500VDC540薄膜电容V电机控制器系统选择900V或者1000V薄膜电容。
母线电容用于新能源电动汽车电机控制器IGBT充放电是通过载波频率完成的PWM周期内，IGBT电池组和电容器同时为电机提供能量，IGBT电池组在关闭时向母线充电。
假设电机控制器的最大输出功率是P，电机控制器的电路是典型的三相全桥拓扑结构。
母线在开关周期内提供的能量约为：
W=P/(2f)
其中：
f：IGBT开关频率。
开关周期内母线电容释放的能量为：
Q=1/2*C(U Δu)2-1/2*C(U-Δu)2=2*C*U*Δu
其中：
U：直流母线电压；
Δu：母线纹波电压；
极端情况：Q=W，可以进一步计算：
C=P/(4*f*U*Δu)，
直流母线电压的脉动率一般为5%，
即纹波电压值：
Δu=U*2.5%
综上可得：
Cmax=P/(4*f*U*U*2.5%)
Cmax在实际应用中，一般认为值是基于最极端的情况IGBT开关导通时，提供母线电容W/2能量，即Q=W/2
结合前面的计算公式可得：
Cmin= P/(8*f*U*U*2.5%)
以上计算仅供设计参考。在实际应用中，更多电机控制器的母线电容接近Cmin值或小于Cmin，在实际应用中，我们可以根据自己不同的成本和体积综合考虑。
纹波电流是指流经母线电容器的交流重量。电机控制器的输出电流是三相正弦基波电流和高频谐波电流的叠加。
纹波电流计算公式如下：
其中：
母线纹波电流
M为调制比
相电流峰值
cos 为功率因数
图7英飞凌HP1 Demo
采用的是HP1，400A/650V峰值功率40的模块KW，根据常用数据，假设该系统采用母线电压U=320V，载波频率：10KHz，通过计算得Cmax=391uF，Cmin=195uF，而英飞凌DEMO母线电容为300uF/450VDC，参数如下图
图8英飞凌Demo电容参数
图9法雷奥电控标签
图10法雷奥电控母线电容
法雷奥的电控峰值容量为140KVA，假设功率因数为0.85峰值功率为120KW，我们仍然假设载波频率为10KHz，母线电压为320V，则Cmax=1162uF，Cmin=581uF，法雷奥使用450V/600uF接近Cmin。
图11宝马I3母线电容
根据宝马的数据，电机峰值功率为125KW，其他参数如上列得出Cmax=1221uF，Cmin=610uF，取值小于Cmin。
Model 母线电容为550uF/430V，峰值功率175KW，按照公式Cmin=855uF，远大于550uF，Model X前驱为430V/450uF与前驱193相比，母线电容器KW母线电容器的功率选择较小。(无法找到电控参数，以电机功率为计算依据)
图12Model 3母线电容
图13Model X前驱母线电容器
图14Model 3参数
图15 Model X参数
车用DC_Link电容器的选择和主要电参数的估算_陈渊伟
Analytical-calculation-of-the-RMS-current-stress-on the DC-link capacitor of voltage-PWM converter systems
Analysis and minimization of ripple components of input current and voltage of PWM inverters
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发布于 2019-10-16