電力薄膜電容和超級(jí)電容在新能源汽車(chē)中的應(yīng)用

本次探討電力薄膜電容在新能源汽車(chē)當(dāng)中一些應(yīng)用。

前面講的大部分都是一些半導(dǎo)體的器件，很重要。在所有器件當(dāng)中，其實(shí)另外一部分器件被動(dòng)器件也還是非常重要的，它的產(chǎn)品選擇，它的特性好壞，其實(shí)對(duì)于你的設(shè)備的影響也是非常重要的。我先花幾分鐘的時(shí)間來(lái)介紹我們這個(gè)公司，實(shí)際上雷度電子它的母公司是福建的火炬電子，大家在展覽牌子上看到的就是我們公司，這個(gè)公司已經(jīng)有25年的歷史，從創(chuàng)立到現(xiàn)在接近25年的時(shí)間。雷度在貿(mào)易這部分也有接近十多年的時(shí)間，跟我們長(zhǎng)期合作都是一些國(guó)際大品牌。這是雷度公司發(fā)展的過(guò)程，1999年的時(shí)候就已經(jīng)成立了，我們?cè)谡麄€(gè)中國(guó)區(qū)長(zhǎng)期合作客戶(hù)超過(guò)1000多家，這是在行業(yè)當(dāng)中都是比較有名的，而且都能夠稱(chēng)得上標(biāo)桿類(lèi)的客戶(hù)，在工藝類(lèi)包括北車(chē)和南車(chē)等，都是我們合作比較久的客戶(hù)。這是我花了一點(diǎn)時(shí)間介紹雷度公司。

下面我跟大家分享一下電力薄膜電容的一些基本技術(shù)和用在新能源汽車(chē)上面的應(yīng)用方案。實(shí)際上我們所看到在現(xiàn)有的新能源汽車(chē)上面，它的控制箱上面絕大多數(shù)都是用薄膜電容，對(duì)于薄膜電容來(lái)說(shuō)最通用兩種材料，一種是聚丙烯，另外一種是PET。對(duì)大功率電力電子來(lái)說(shuō)，聚丙烯材料用得非常的廣泛。第一，損耗值很低；第二，單位厚度所能夠承受的絕緣電壓比較高，這就為產(chǎn)品體積小型化做了一個(gè)很好前期的技術(shù)儲(chǔ)備；第三，這種材料自愈性能非常好，它自我修復(fù)的特性非常好。所以在大功率的電鋰電子上面，薄膜電容上面聚丙烯材料用的非常多。當(dāng)然對(duì)這種原材料來(lái)說(shuō)是有很多種類(lèi)型的，不過(guò)這種類(lèi)型，就是說(shuō)它會(huì)用在不同的產(chǎn)品上面，這里就不一一敘述了。衡量產(chǎn)品的電壓，我們知道確定一個(gè)電容可能就會(huì)說(shuō)需要多高的容量或者多高的電壓，那我們?cè)趺慈ピu(píng)估我需要多高的電壓，對(duì)于我這個(gè)產(chǎn)品來(lái)說(shuō)怎么達(dá)到客戶(hù)所需要的電壓呢？對(duì)于單位的聚丙烯的膜材料來(lái)說(shuō)，它現(xiàn)在最高的電壓一個(gè)微米大約是600V，能夠承受的絕緣電壓是600V，實(shí)際上我們?cè)谠O(shè)計(jì)電力電阻膜電容的時(shí)候是不會(huì)用到它的極限值，我們會(huì)用大約是200V到240V之間，這是根據(jù)客戶(hù)對(duì)產(chǎn)品壽命的要求或者對(duì)溫度的要求會(huì)有一個(gè)范圍。通過(guò)這種方式來(lái)增加膜的厚度等等來(lái)達(dá)到產(chǎn)品高電壓的需求，這是一個(gè)方面。第二，如果電壓過(guò)高，我可能在電容里面會(huì)有一些串聯(lián)的這種結(jié)構(gòu)來(lái)達(dá)到增加電壓。

對(duì)于大功率電力電子膜電容來(lái)說(shuō)，它用的是聚丙烯這種材料。剛才也提到它有一個(gè)非常好的特點(diǎn)自愈性能，自愈性能是這種材料本身所具有的一種特性。這個(gè)產(chǎn)品在制造的時(shí)候，我們會(huì)在這種稱(chēng)之為圓膜的這種金屬化的圓膜上面噴射一層金屬的鋁。它就是一個(gè)真空建設(shè)的方式，可能不是非常完美，它會(huì)有一些缺陷的地方，這個(gè)產(chǎn)品經(jīng)過(guò)比較大的電流或者電壓過(guò)來(lái)的時(shí)候，它的熱量會(huì)積極在有缺陷的膜上面，它會(huì)讓這層金屬的鋁揮發(fā)掉，揮發(fā)的過(guò)程會(huì)吸收很大的熱量，保證了整個(gè)電容器產(chǎn)品的安全，這種特性在電力電子的膜電容上面就稱(chēng)之為自愈。把這點(diǎn)揮發(fā)好還有一個(gè)非常好的就是在自愈點(diǎn)的周?chē)纬山^緣的保護(hù)區(qū)，就說(shuō)讓這個(gè)弱點(diǎn)把它隔離開(kāi)，所以我們從顯微鏡下面能夠看到它的絕緣的區(qū)和保護(hù)區(qū)。這就是對(duì)于大功率電力電子的膜電容來(lái)說(shuō)是一個(gè)很重要的特性，也就是基于這種特性，在以后膜電容的使用的范圍和市場(chǎng)越來(lái)越廣，很多就是基于這種自愈的性能和它使產(chǎn)品的安全性和可靠性達(dá)到非常高。

我剛才所講的自愈的性能實(shí)際上它也不是說(shuō)所有的過(guò)壓或者過(guò)流都能夠起到這種自愈的作用，如果有太高的電壓或者太大的過(guò)壓來(lái)的時(shí)候，這種自愈的吸收能量不足以把所有的這種大能量全部吸收掉，它就有可能造成雪崩式的自愈，我們稱(chēng)之為擊穿。為了防止這種雪崩式的自愈或者擊穿發(fā)生，電容器的制造商他有另外一種方式去避免，這種技術(shù)我們稱(chēng)之為片斷膜或者安全膜。其實(shí)片斷膜或者安全膜的結(jié)構(gòu)類(lèi)型有非常多種，圖片當(dāng)中只是列舉了幾種。安全膜是怎么實(shí)現(xiàn)讓電容器更安全，能夠防止過(guò)大的過(guò)流和過(guò)壓呢？我們可以看它一個(gè)原理的圖形，這是一個(gè)界面，藍(lán)色的部分你就可以認(rèn)為上面有噴金屬，白色的就是用激光把金屬剔掉。如果說(shuō)你有比較大的能量過(guò)來(lái)的時(shí)候，因?yàn)樵谶@個(gè)地方，它的金屬的面積是最小的，所以說(shuō)這個(gè)地方電流密度最大，所以熱大多數(shù)集中在這個(gè)地方。如果熱量的積累達(dá)到一定的程度以后，他就會(huì)把上面的鋁揮發(fā)掉，揮發(fā)掉以后就造成整個(gè)區(qū)域是孤立開(kāi)的，斷開(kāi)的。它在揮發(fā)過(guò)程中吸收了很大的熱量，保證了電容器的安全，我們稱(chēng)之為安全膜。這是它一個(gè)等效的電路圖，實(shí)際上我剛才說(shuō)的我們特意做的這種結(jié)構(gòu)，電容把它并在一起的時(shí)候，如果有大的能量過(guò)來(lái)會(huì)把這個(gè)地方斷開(kāi)，那這個(gè)小塊就失效了，就類(lèi)似于我剛才所說(shuō)的這塊失效。這種結(jié)構(gòu)在整個(gè)電容當(dāng)中是非常多的，成千上萬(wàn)個(gè)，所以就是因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)就可以說(shuō)大功率的薄膜電容很少看到很惡性的失效或者爆炸或者擊穿。

另外一種是我們稱(chēng)之為非金屬化的膜電容，它的容量的穩(wěn)定性也很高，但是有一個(gè)非常嚴(yán)重的缺陷它是不可自愈的，所以說(shuō)它的壽命不可控，你根本不知道它什么時(shí)候會(huì)發(fā)生爆炸或者起火燃燒等等，這是比較老的技術(shù)?，F(xiàn)在的大功率的薄膜電容就是金屬化的薄膜電容，我們可以通過(guò)控制它的片斷膜的寬度、大小去保證它容量的衰減。我剛剛有提到大功率的薄膜電容的應(yīng)用廠(chǎng)商越來(lái)越多，很重要的原因是它的可靠性和壽命是非常久的，因?yàn)樵谝恍┕I(yè)類(lèi)的市場(chǎng)，像風(fēng)電或者新能源汽車(chē)等等這些行業(yè)當(dāng)中，它對(duì)產(chǎn)品的可靠性和壽命要求是很高的。對(duì)大功率的薄膜電容來(lái)說(shuō)，我們?cè)趺丛u(píng)估它的壽命或者保證它的壽命，如果客戶(hù)沒(méi)有非常特殊的要求那就是標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，我們會(huì)遵循三個(gè)原則：

第一，一比一的電壓降，意思就是說(shuō)我電容產(chǎn)品的電壓和你自己應(yīng)用的電壓可以相等。

第二，70度的熱點(diǎn)溫度，當(dāng)然我個(gè)人會(huì)講我們?cè)趺丛u(píng)估它的熱點(diǎn)溫度，因?yàn)楹饬窟@個(gè)產(chǎn)品的可靠性熱點(diǎn)溫度是一個(gè)重要參數(shù)。

第三，十萬(wàn)小時(shí)的壽命。

我剛才所講的實(shí)際上就是我們的用戶(hù)或者客戶(hù)在他對(duì)大功率的薄膜電容最感興趣的一些問(wèn)題點(diǎn)，包括它的安全性、可靠性然后壽命等等。下面就說(shuō)它的一些產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方式。實(shí)際上所有的薄膜電容，無(wú)外乎就是逃不出這六種卷繞的技術(shù)，第一種標(biāo)準(zhǔn)的卷繞式，現(xiàn)在在很多汽車(chē)包括深圳的很有名的一家電動(dòng)車(chē)的生產(chǎn)商當(dāng)中，他所用的都是這種方式的產(chǎn)品。這種是一種定制的圓形的，這個(gè)直接能夠套在電動(dòng)機(jī)上面，這個(gè)是國(guó)外是有這樣做的。這種扁的能夠做成方塊狀，能把體積做的更小。這種疊層技術(shù)用的非常多，在很多地方標(biāo)準(zhǔn)方案當(dāng)中膜電容選的都是這種疊層式的薄膜電容做的。我有比較這兩種，一種是流線(xiàn)卷繞方塊的產(chǎn)品和疊層式產(chǎn)品的特點(diǎn)，實(shí)際上他們之間最大的差別，第一個(gè)是容積比，疊層式的容積比幾乎是100%，可以說(shuō)這中間沒(méi)有任何空間的浪費(fèi)，但是流行式卷繞，他卷繞的時(shí)候有棱角所以它有接近5%空間的浪費(fèi)。

第二個(gè)差別，這種流行式卷繞所生產(chǎn)的產(chǎn)品電壓非常高，以目前的技術(shù)來(lái)說(shuō)這種產(chǎn)品最高的電壓能夠做到10萬(wàn)V，疊層式因?yàn)樵谥圃爝^(guò)程當(dāng)中需要對(duì)薄膜單體要切割，所以說(shuō)會(huì)有一些破壞，它的電壓就做現(xiàn)在不是非常高，應(yīng)該是在630V，也有人做到1000多V，這是它的最重要的兩個(gè)差別。對(duì)于這種方塊狀的薄膜電容來(lái)說(shuō)，現(xiàn)在填充的技術(shù)無(wú)外乎就是這三種樹(shù)脂、惰性氣體和油，在新能源汽車(chē)當(dāng)中可能是樹(shù)脂為主，因?yàn)樾履茉雌?chē)它的電壓等級(jí)和功率都不是非常大，相對(duì)于工業(yè)市場(chǎng)其他的應(yīng)用來(lái)說(shuō)它的電壓等級(jí)和功率都是比較小的。其實(shí)在每一種填充技術(shù)里面，除了在膜的結(jié)構(gòu)上的保護(hù)以外，其實(shí)還有內(nèi)部的保護(hù)，比方說(shuō)過(guò)壓或者過(guò)熱的保護(hù)結(jié)構(gòu)，我們?cè)谧鲞@個(gè)產(chǎn)品的時(shí)候都會(huì)在里面做物理性的一些保護(hù)。