電力薄膜電容和超級(jí)電容在新能源汽車中的應(yīng)用

本次探討電力薄膜電容在新能源汽車當(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)期合作都是一些國際大品牌。這是雷度公司發(fā)展的過程，1999年的時(shí)候就已經(jīng)成立了，我們?cè)谡麄€(gè)中國區(qū)長(zhǎng)期合作客戶超過1000多家，這是在行業(yè)當(dāng)中都是比較有名的，而且都能夠稱得上標(biāo)桿類的客戶，在工藝類包括北車和南車等，都是我們合作比較久的客戶。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)于薄膜電容來說最通用兩種材料，一種是聚丙烯，另外一種是PET。對(duì)大功率電力電子來說，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)這種原材料來說是有很多種類型的，不過這種類型，就是說它會(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)品來說怎么達(dá)到客戶所需要的電壓呢？對(duì)于單位的聚丙烯的膜材料來說，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。通過這種方式來增加膜的厚度等等來達(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)來達(dá)到增加電壓。

對(duì)于大功率電力電子膜電容來說，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)過比較大的電流或者電壓過來的時(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)的周圍形成絕緣的保護(hù)區(qū)，就說讓這個(gè)弱點(diǎn)把它隔離開，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說是一個(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)際上它也不是說所有的過壓或者過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壓來的時(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，能夠防止過大的過流和過壓呢？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。如果說你有比較大的能量過來的時(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)域是孤立開的，斷開的。它在揮發(fā)過程中吸收了很大的熱量，保證了電容器的安全，我們稱之為安全膜。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，如果有大的能量過來會(huì)把這個(gè)地方斷開，那這個(gè)小塊就失效了，就類似于我剛才所說的這塊失效。這種結(jié)構(gòu)在整個(gè)電容當(dāng)中是非常多的，成千上萬個(gè)，所以就是因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)就可以說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)用廠商越來越多，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)類的市場(chǎng)，像風(fēng)電或者新能源汽車等等這些行業(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說，我們?cè)趺丛u(píng)估它的壽命或者保證它的壽命，如果客戶沒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)。

第三，十萬小時(shí)的壽命。

我剛才所講的實(shí)際上就是我們的用戶或者客戶在他對(duì)大功率的薄膜電容最感興趣的一些問題點(diǎn)，包括它的安全性、可靠性然后壽命等等。下面就說它的一些產(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)在在很多汽車包括深圳的很有名的一家電動(dòng)車的生產(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%，可以說這中間沒有任何空間的浪費(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)來說這種產(chǎn)品最高的電壓能夠做到10萬V，疊層式因?yàn)樵谥圃爝^程當(dāng)中需要對(duì)薄膜單體要切割，所以說會(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說，現(xiàn)在填充的技術(shù)無外乎就是這三種樹脂、惰性氣體和油，在新能源汽車當(dāng)中可能是樹脂為主，因?yàn)樾履茉雌囁碾妷旱燃?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)用來說它的電壓等級(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)，比方說過壓或者過熱的保護(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)。