電力薄膜電容和超級電容在新能源汽車(chē)中的應用

本次探討電力薄膜電容在新能源汽車(chē)當中一些應用。

前面講的大部分都是一些半導體的器件，很重要。在所有器件當中，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)對于你的設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 )立到現在接近25年的時(shí)間。雷度在貿易這部分也有接近十多年的時(shí)間，跟我們長(cháng)期合作都是一些國際大品牌。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，我們在整個(gè)中國區長(cháng)期合作客戶(hù)超過(guò)1000多家，這是在行業(yè)當中都是比較有名的，而且都能夠稱(chēng)得上標桿類(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)上面的應用方案。實(shí)際上我們所看到在現有的新能源汽車(chē)上面，它的控制箱上面絕大多數都是用薄膜電容，對于薄膜電容來(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)儲備；第三，這種材料自愈性能非常好，它自我修復的特性非常好。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。當然對這種原材料來(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，那我們怎么去評估我需要多高的電壓，對于我這個(gè)產(chǎn)品來(lái)說(shuō)怎么達到客戶(hù)所需要的電壓呢？對于單位的聚丙烯的膜材料來(lái)說(shuō)，它現在最高的電壓一個(gè)微米大約是600V，能夠承受的絕緣電壓是600V，實(shí)際上我們在設計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，這是根據客戶(hù)對產(chǎn)品壽命的要求或者對溫度的要求會(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)的這種結構來(lái)達到增加電壓。

對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^緣的保護區，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和保護區。這就是對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構類(lèi)型有非常多種，圖片當中只是列舉了幾種。安全膜是怎么實(shí)現讓電容器更安全，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，藍色的部分你就可以認為上面有噴金屬，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，因為在這個(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，所以熱大多數集中在這個(gè)地方。如果熱量的積累達到一定的程度以后，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構，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。這種結構在整個(gè)電容當中是非常多的，成千上萬(wàn)個(gè)，所以就是因為這種結構就可以說(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，它的容量的穩定性也很高，但是有一個(gè)非常嚴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，因為在一些工業(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(lái)說(shuō)，我們怎么評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準設計，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用的電壓可以相等。

第二，70度的熱點(diǎn)溫度，當然我個(gè)人會(huì )講我們怎么評估它的熱點(diǎn)溫度，因為衡量這個(gè)產(chǎn)品的可靠性熱點(diǎn)溫度是一個(gè)重要參數。

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)品結構方式。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)，第一種標準的卷繞式，現在在很多汽車(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，在很多地方標準方案當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，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。

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，疊層式因為在制造過(guò)程當中需要對薄膜單體要切割，所以說(shuō)會(huì )有一些破壞，它的電壓就做現在不是非常高，應該是在630V，也有人做到1000多V，這是它的最重要的兩個(gè)差別。對于這種方塊狀的薄膜電容來(lái)說(shuō)，現在填充的技術(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)當中可能是樹(shù)脂為主，因為新能源汽車(chē)它的電壓等級和功率都不是非常大，相對于工業(yè)市場(chǎng)其他的應用來(lái)說(shuō)它的電壓等級和功率都是比較小的。其實(shí)在每一種填充技術(shù)里面，除了在膜的結構上的保護以外，其實(shí)還有內部的保護，比方說(shuō)過(guò)壓或者過(guò)熱的保護結構，我們在做這個(gè)產(chǎn)品的時(shí)候都會(huì )在里面做物理性的一些保護。