電力薄膜電容和超級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，其實另外一部分器件被動器件也還是非常重要的，它的產(chǎn)品選擇，它的特性好壞，其實對于你的設(shè)備的影響也是非常重要的。我先花幾分鐘的時間來介紹我們這個公司，實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年的時間。雷度在貿(mào)易這部分也有接近十多年的時間，跟我們長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年的時候就已經(jīng)成立了，我們在整個中國區(qū)長期合作客戶超過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。這是我花了一點時間介紹雷度公司。

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很好前期的技術(shù)儲備；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，我們知道確定一個電容可能就會說需要多高的容量或者多高的電壓，那我們怎么去評估我需要多高的電壓，對于我這個產(chǎn)品來說怎么達(dá)到客戶所需要的電壓呢？對于單位的聚丙烯的膜材料來說，它現(xiàn)在最高的電壓一個微米大約是600V，能夠承受的絕緣電壓是600V，實際上我們在設(shè)計電力電阻膜電容的時候是不會用到它的極限值，我們會用大約是200V到240V之間，這是根據(jù)客戶對產(chǎn)品壽命的要求或者對溫度的要求會有一個范圍。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，這是一個方面。第二，如果電壓過高，我可能在電容里面會有一些串聯(lián)的這種結(jié)構(gòu)來達(dá)到增加電壓。

對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非常好的特點自愈性能，自愈性能是這種材料本身所具有的一種特性。這個產(chǎn)品在制造的時候，我們會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。它就是一個真空建設(shè)的方式，可能不是非常完美，它會有一些缺陷的地方，這個產(chǎn)品經(jīng)過比較大的電流或者電壓過來的時候，它的熱量會積極在有缺陷的膜上面，它會讓這層金屬的鋁揮發(fā)掉，揮發(fā)的過程會吸收很大的熱量，保證了整個電容器產(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。把這點揮發(fā)好還有一個非常好的就是在自愈點的周圍形成絕緣的保護區(qū)，就說讓這個弱點把它隔離開，所以我們從顯微鏡下面能夠看到它的絕緣的區(qū)和保護區(qū)。這就是對于大功率電力電子的膜電容來說是一個很重要的特性，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？我們可以看它一個原理的圖形，這是一個界面，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候，因為在這個地方，它的金屬的面積是最小的，所以說這個地方電流密度最大，所以熱大多數(shù)集中在這個地方。如果熱量的積累達(dá)到一定的程度以后，他就會把上面的鋁揮發(fā)掉，揮發(fā)掉以后就造成整個區(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。這是它一個等效的電路圖，實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候，如果有大的能量過來會把這個地方斷開，那這個小塊就失效了，就類似于我剛才所說的這塊失效。這種結(jié)構(gòu)在整個電容當(dāng)中是非常多的，成千上萬個，所以就是因為這種結(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候會發(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，因為在一些工業(yè)類的市場，像風(fēng)電或者新能源汽車等等這些行業(yè)當(dāng)中，它對產(chǎn)品的可靠性和壽命要求是很高的。對大功率的薄膜電容來說，我們怎么評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，我們會遵循三個原則：

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度的熱點溫度，當(dāng)然我個人會講我們怎么評估它的熱點溫度，因為衡量這個產(chǎn)品的可靠性熱點溫度是一個重要參數(shù)。

第三，十萬小時的壽命。

我剛才所講的實際上就是我們的用戶或者客戶在他對大功率的薄膜電容最感興趣的一些問題點，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，這個直接能夠套在電動機上面，這個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，實際上他們之間最大的差別，第一個是容積比，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，但是流行式卷繞，他卷繞的時候有棱角所以它有接近5%空間的浪費。

第二個差別，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，疊層式因為在制造過程當(dāng)中需要對薄膜單體要切割，所以說會有一些破壞，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差別。對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，因為新能源汽車它的電壓等級和功率都不是非常大，相對于工業(yè)市場其他的應(yīng)用來說它的電壓等級和功率都是比較小的。其實在每一種填充技術(shù)里面，除了在膜的結(jié)構(gòu)上的保護以外，其實還有內(nèi)部的保護，比方說過壓或者過熱的保護結(jié)構(gòu)，我們在做這個產(chǎn)品的時候都會在里面做物理性的一些保護。