電動(dòng)車(chē)逆變器大容量電容器：用3μm以下的薄膜做（上）

通過(guò)薄膜電容器滿(mǎn)足大容量、高電壓需求

　　逆變器可將來(lái)自電池的直流電通過(guò)轉換器轉換成變動(dòng)較小的電壓，再通過(guò)名為絕緣柵雙極晶體管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）的開(kāi)關(guān)元件轉換成近似于交流電的矩形波（圖1）。開(kāi)關(guān)頻率快至十數kHz～數十kHz，由此產(chǎn)生的浪涌電壓很大。這種浪涌電壓與開(kāi)關(guān)元件的輸入電壓重疊，便會(huì )產(chǎn)生尖峰（變動(dòng)）。為了減少這種尖峰，需要采用平滑電容器。

圖1：為了保護開(kāi)關(guān)元件，平滑電容器必不可少 變動(dòng)較大的電壓施加到開(kāi)關(guān)元件上之后，最壞的情況下，元件會(huì )損壞。通過(guò)平滑電容器吸收電壓變動(dòng)，以便向元件供給穩定的電力。

　　逆變器的電流高于100A，平滑電容器需要1000μF左右的大容量。而且，必須支持500V以上的高電壓。為了提高馬達及逆變器的效率，現在的混合動(dòng)力車(chē)更傾向于提高電壓。例如“普銳斯”，將施加在馬達上的電壓從第2代車(chē)型的最大500V提高到了最大650V。

電解電容器需要大出一個(gè)數量級的容量

　　通常，大容量電容器采用鋁電解電容器。第一代普銳斯的平滑電容器就是如此。如果按平均1μF的制造成本來(lái)看，多數情況下鋁電解電容器要比薄膜電容器便宜。但是如果逆變器的電壓進(jìn)一步提高，則鋁電解電容器難以對應。目前投入實(shí)用的1000μF左右鋁電解電容器的耐壓約為500V左右，因此必須使電壓比該數據更低。這樣要想在混合動(dòng)力車(chē)上使用，就必須將兩個(gè)鋁電解電容器串聯(lián)起來(lái)。

　　另外，由于離子會(huì )發(fā)生運動(dòng)，因此，鋁電解電容器的響應性一般較低，要支持在數十kHz頻率下的接通或者斷開(kāi)產(chǎn)生的電流會(huì )比較困難。要使其在高頻下支持100A以上的電流，或許必須準備額定容量為10000μF左右、相差一個(gè)數量級的產(chǎn)品。如果響應性較低，在電荷積聚完成之前就會(huì )開(kāi)始放電，因而無(wú)法用盡容量。而且容量達到10000μF時(shí)，鋁電解電容器在成本方面的優(yōu)勢也會(huì )減弱。

　　于是，薄膜電容器便成了主流。這是因為薄膜可以采用耐壓及頻帶較高、等效串聯(lián)電阻（ESR）較低的聚丙烯（PPC）材料制作。

　　用于混合動(dòng)力車(chē)及電動(dòng)汽車(chē)的平滑電容器要滿(mǎn)足支持高電壓和高頻這兩個(gè)條件，就必須（1）實(shí)現小型化、（2）提高耐熱性、（3）提高安全性。

　　為了實(shí)現（1）提及的小型化，此次指月電機制作所將單位體積的容量密度比以往產(chǎn)品提高了15％左右。2007年的產(chǎn)品的薄膜厚度約為3μm，而此次薄膜的厚度則更?。▓D2）。由于是在電極之間夾持薄膜后制成電容器元件，因此薄膜越薄，電極間的距離就越短，從而可在減小體積的同時(shí)提高容量。

圖2：厚度薄、耐壓高的聚丙烯薄膜 東麗以及王子特殊紙兩公司均有生產(chǎn)。

圖3：既快又薄且均勻地進(jìn)行蒸鍍 在薄膜上蒸鍍鋅及鋁的情形。實(shí)際上是在真空中進(jìn)行。高速旋轉滾筒，1小時(shí)即可制成30千米的蒸鍍薄膜。