电力薄膜电容和超级电容在新能源汽车中的应用

各位上午好！我是雷度电子的工业事业部的经理陈祝明，今天很高兴有机会跟大家一起共同探讨电力薄膜电容在新能源汽车当中一些应用。
前面讲的大部分都是一些半导体的器件，很重要。在所有器件当中，其实另外一部分器件被动器件也还是非常重要的，它的产品选择，它的特性好坏，其实对于你的设备的影响也是非常重要的。我先花几分钟的时间来介绍我们这个公司，实际上雷度电子它的母公司是福建的火炬电子，大家在展览牌子上看到的就是我们公司，这个公司已经有25年的历史，从创立到现在接近25年的时间。雷度在贸易这部分也有接近十多年的时间，跟我们长期合作都是一些国际大品牌。这是雷度公司发展的过程，1999年的时候就已经成立了，我们在整个中国区长期合作客户超过1000多家，这是在行业当中都是比较有名的，而且都能够称得上标杆类的客户，在工艺类包括北车和南车等，都是我们合作比较久的客户。这是我花了一点时间介绍雷度公司。

下面我跟大家分享一下电力薄膜电容的一些基本技术和用在新能源汽车上面的应用方案。实际上我们所看到在现有的新能源汽车上面，它的控制箱上面绝大多数都是用薄膜电容，对于薄膜电容来说最通用两种材料，一种是聚丙烯，另外一种是PET。对大功率电力电子来说，聚丙烯材料用得非常的广泛。第一，损耗值很低；第二，单位厚度所能够承受的绝缘电压比较高，这就为产品体积小型化做了一个很好前期的技术储备；第三，这种材料自愈性能非常好，它自我修复的特性非常好。所以在大功率的电锂电子上面，薄膜电容上面聚丙烯材料用的非常多。当然对这种原材料来说是有很多种类型的，不过这种类型，就是说它会用在不同的产品上面，这里就不一一叙述了。衡量产品的电压，我们知道确定一个电容可能就会说需要多高的容量或者多高的电压，那我们怎么去评估我需要多高的电压，对于我这个产品来说怎么达到客户所需要的电压呢？对于单位的聚丙烯的膜材料来说，它现在最高的电压一个微米大约是600V，能够承受的绝缘电压是600V，实际上我们在设计电力电阻膜电容的时候是不会用到它的极限值，我们会用大约是200V到240V之间，这是根据客户对产品寿命的要求或者对温度的要求会有一个范围。通过这种方式来增加膜的厚度等等来达到产品高电压的需求，这是一个方面。第二，如果电压过高，我可能在电容里面会有一些串联的这种结构来达到增加电压。

对于大功率电力电子膜电容来说，它用的是聚丙烯这种材料。刚才也提到它有一个非常好的特点自愈性能，自愈性能是这种材料本身所具有的一种特性。这个产品在制造的时候，我们会在这种称之为圆膜的这种金属化的圆膜上面喷射一层金属的铝。它就是一个真空建设的方式，可能不是非常完美，它会有一些缺陷的地方，这个产品经过比较大的电流或者电压过来的时候，它的热量会积极在有缺陷的膜上面，它会让这层金属的铝挥发掉，挥发的过程会吸收很大的热量，保证了整个电容器产品的安全，这种特性在电力电子的膜电容上面就称之为自愈。把这点挥发好还有一个非常好的就是在自愈点的周围形成绝缘的保护区，就说让这个弱点把它隔离开，所以我们从显微镜下面能够看到它的绝缘的区和保护区。这就是对于大功率电力电子的膜电容来说是一个很重要的特性，也就是基于这种特性，在以后膜电容的使用的范围和市场越来越广，很多就是基于这种自愈的性能和它使产品的安全性和可靠性达到非常高。

我刚才所讲的自愈的性能实际上它也不是说所有的过压或者过流都能够起到这种自愈的作用，如果有太高的电压或者太大的过压来的时候，这种自愈的吸收能量不足以把所有的这种大能量全部吸收掉，它就有可能造成雪崩式的自愈，我们称之为击穿。为了防止这种雪崩式的自愈或者击穿发生，电容器的制造商他有另外一种方式去避免，这种技术我们称之为片断膜或者安全膜。其实片断膜或者安全膜的结构类型有非常多种，图片当中只是列举了几种。安全膜是怎么实现让电容器更安全，能够防止过大的过流和过压呢？我们可以看它一个原理的图形，这是一个界面，蓝色的部分你就可以认为上面有喷金属，白色的就是用激光把金属剔掉。如果说你有比较大的能量过来的时候，因为在这个地方，它的金属的面积是最小的，所以说这个地方电流密度最大，所以热大多数集中在这个地方。如果热量的积累达到一定的程度以后，他就会把上面的铝挥发掉，挥发掉以后就造成整个区域是孤立开的，断开的。它在挥发过程中吸收了很大的热量，保证了电容器的安全，我们称之为安全膜。这是它一个等效的电路图，实际上我刚才说的我们特意做的这种结构，电容把它并在一起的时候，如果有大的能量过来会把这个地方断开，那这个小块就失效了，就类似于我刚才所说的这块失效。这种结构在整个电容当中是非常多的，成千上万个，所以就是因为这种结构就可以说大功率的薄膜电容很少看到很恶性的失效或者爆炸或者击穿。

另外一种是我们称之为非金属化的膜电容，它的容量的稳定性也很高，但是有一个非常严重的缺陷它是不可自愈的，所以说它的寿命不可控，你根本不知道它什么时候会发生爆炸或者起火燃烧等等，这是比较老的技术。现在的大功率的薄膜电容就是金属化的薄膜电容，我们可以通过控制它的片断膜的宽度、大小去保证它容量的衰减。我刚刚有提到大功率的薄膜电容的应用厂商越来越多，很重要的原因是它的可靠性和寿命是非常久的，因为在一些工业类的市场，像风电或者新能源汽车等等这些行业当中，它对产品的可靠性和寿命要求是很高的。对大功率的薄膜电容来说，我们怎么评估它的寿命或者保证它的寿命，如果客户没有非常特殊的要求那就是标准设计，我们会遵循三个原则：
   
第一，一比一的电压降，意思就是说我电容产品的电压和你自己应用的电压可以相等。

第二，70度的热点温度，当然我个人会讲我们怎么评估它的热点温度，因为衡量这个产品的可靠性热点温度是一个重要参数。

第三，十万小时的寿命。
   
我刚才所讲的实际上就是我们的用户或者客户在他对大功率的薄膜电容最感兴趣的一些问题点，包括它的安全性、可靠性然后寿命等等。下面就说它的一些产品结构方式。实际上所有的薄膜电容，无外乎就是逃不出这六种卷绕的技术，第一种标准的卷绕式，现在在很多汽车包括深圳的很有名的一家电动车的生产商当中，他所用的都是这种方式的产品。这种是一种定制的圆形的，这个直接能够套在电动机上面，这个是国外是有这样做的。这种扁的能够做成方块状，能把体积做的更小。这种叠层技术用的非常多，在很多地方标准方案当中膜电容选的都是这种叠层式的薄膜电容做的。我有比较这两种，一种是流线卷绕方块的产品和叠层式产品的特点，实际上他们之间最大的差别，第一个是容积比，叠层式的容积比几乎是100%，可以说这中间没有任何空间的浪费，但是流行式卷绕，他卷绕的时候有棱角所以它有接近5%空间的浪费。

第二个差别，这种流行式卷绕所生产的产品电压非常高，以目前的技术来说这种产品最高的电压能够做到10万V，叠层式因为在制造过程当中需要对薄膜单体要切割，所以说会有一些破坏，它的电压就做现在不是非常高，应该是在630V，也有人做到1000多V，这是它的最重要的两个差别。对于这种方块状的薄膜电容来说，现在填充的技术无外乎就是这三种树脂、惰性气体和油，在新能源汽车当中可能是树脂为主，因为新能源汽车它的电压等级和功率都不是非常大，相对于工业市场其他的应用来说它的电压等级和功率都是比较小的。其实在每一种填充技术里面，除了在膜的结构上的保护以外，其实还有内部的保护，比方说过压或者过热的保护结构，我们在做这个产品的时候都会在里面做物理性的一些保护。