薄膜电容器在新能源汽车上的运用

薄膜电容器在新能源汽车上的运用厦门法拉电子股份有限公司赖五福

薄膜电容器是一种应用于直流滤波场合的电容器。由于它跟传统电容相比有寿命长、温度稳定性好等优点，更适用于新能源汽车中的逆变器直流滤波。【摘要】本文主要介绍薄膜电容器优点、采用的先进技术、相关的选型标准及应用分析。

能源,薄膜电容器,电解电容器,逆变器,新能源汽车【关键词】

1.引言容理论上不会产生短路击穿的现象，这大

大提高了这类电容的安全性，典型的失效随着工业的迅速发展、人口的增长和人

民生活水平的提高，能源短缺已成为世界性模式是开路。在特定应用中电容的抗峰值问题，能源安全受到越来越多国家的重视。电压能力也是考察电容的重要指标。实际随着“汽车社会”的逐渐形成，汽车保有量上，对电解电容而言，允许承受的最大浪在不断地呈现上升趋势，全球汽车行业的发涌电压是1.2倍，这种情况迫使使用者不得

展面临着能源和环保的双重压力，各个国家不考虑峰值电压而非标称电压。为了将来在世界汽车业中占得一席之地，纷 b.良好的温度特性，产品温度使用范图1 电机控制器主回路示意图围广，可以从-40?-105? 纷推出了各自的的新能源汽车的规划蓝图，

直流支撑薄膜电容器采用的高温聚丙并大力发展新能源汽车。

新能源汽车是指采用非常规的车用烯薄膜，具有聚酯薄膜和电解电容没有的燃料作为动力来源，新能源汽车包括混合温度稳定性，具体如下图5，图6。动力汽车、纯电动汽车、燃料电池电动汽从图5中可以看出，随着温度的升高，车、氢发动机汽车、其他新能源(如高效聚丙烯膜电容器容量总体是下降的，但下[1]储能器、二甲醚)汽车等各类别产品。降的比例是很小的，大概是300PPM/?;

电机，电池和电机控制技术是新能源而聚酯膜不管是在高温阶段还是在低温汽车的三大核心。电机控制技术的核心就阶段，容量随温度变化则大了很

多，为是需要高效电机控制的逆变器技术，高效 +200+600PPM/?。从图6可以看出，聚~ 电机控制的逆变器技术则需要一个功能强丙烯膜介质电容图2 第一代丰田Prius电机控制器大的IGBT模块和一个与之匹配的直流支撑器的损耗随温度变化基本不变的，但聚酯

膜介质电容器在低温和高温显示变化规律电容器，如图1所示。

是不一样的。本文主要介绍薄膜电容的优点、采用的

先进技术、相关的选型标准及应用分析。由于聚丙烯膜介质电容器具有良好

2.薄膜电容的技术优点的温度特性，不管是在低温(比如说中国早期直流支撑薄膜电容都是采用电解电北方)或者高温地区(比如说沙漠地区)都容，随着薄膜电容技术的发展，特别是基膜可以得到正常的使用，但对于电解电容器本身技术的发发展和金属化采用分割的技术来说，如果在低温地区，由于电解液的存出现，不仅使得薄膜电容的体积在越做越小在，电解液可能会凝固，电容的性能在低的同时，产品的耐压水平还保持在相当的水温的时候，性能发生较大的变化，可能导平，现在越来越多的公司采用高温聚丙烯薄致电机控制器不能正常使用。膜电容器的作为直流支撑电容，一个典型的图3 第二代丰田Prius电机控制器例子就是丰田公司的PRIUS车型的改进;而 c.频率特性稳定，产品高频特性好目国内车企典型代表是比亚迪F3DM和E6，都使前大部分的控制器开关频率在约用薄膜电容器作为直流支撑电容。第一代丰 10KHZ，这就要求产品的高频性能好，对于田Prius使用的滤波电容器是电解电容器，电解电容器和聚酯膜电容器来说，这个要见图2;从第二代开始，便开始使用薄膜滤求是个难题。具体见图7，图8。波电容器组，见图3。从图7可以看出，随着频率的升高，目前用于直流支撑的薄膜电容器，大聚酯膜介质电容器的所测容量是随着频率部分是使用高温聚丙烯膜作为介质，聚丙

烯薄膜电容器有如下的优点。的上升是逐步减少的，但聚丙烯膜介质电

a.产品安全性好，耐过压能力强由于容器则基本不变。

薄膜电容器具有自愈额现象，从图8可以看出，随着频率的上升，而且薄膜电容的设计是按照IEC61071的标聚酯薄膜介质电容器的损耗急剧加大，但准，

电容抗浪涌电压能力大于1.5的额定电图4 电容分割膜聚丙烯介质电容器基本不变。

使用者来说非常方便，不需要考虑正负极压，加上电容采用分割膜技术，见图4，电 d.没有极性，能承受反向电压薄膜的问题;而对电解电容器来说，如果超过电容器的电极是蒸镀在薄膜上 1.5倍Un的反向电压被加在电解电容上时，纳米级的金属，产品是没有极性的，故对

》》设计应用

ESR。IGBT工作的时候，电路两端负载发

f.低ESR，通过耐纹波电流能力强薄生变化，母线上会产生纹波电流。如果

膜电容器大于200mA/μF，电解电没有C3电容器，那么电流将全部流经电池容通过纹波电流能力为20mA/μF，这个特组，导致Ur产生波动(Ur=Iripple×r)，点能大大减小系统中所需要的电容器的容 U=U1+Ur，所以U两端将产生较大的纹波电量。国内厂家比如厦门法拉主推的产品目压，影响IGBT的正常工作。

前0.4-0.5mΩ，最大纹波电流值从几十安 4.2 电容器组的作用如果在母线两聚丙烯薄膜; 聚酯薄膜培到几百安培不等。端并上电容器组，当 g.低ESL 逆变器的低电感设计要求其ESR+1/ωC<

主要元件分流过电容器组，这样就大大降低了母线上的电压波动，有利于IGBT的正常运行。 DC-Link电容器要有极其低的电感。高性能 4.3 电容器的选择要使ESR+1/ω DC-Link直流滤波薄膜电容器通过把母线整

C<

果设计前已知了电路中的最大允许纹波电决定了薄膜电容器优很长的寿命，特别在额定电压和额定压和纹波电流的有效值。那么，系统中需要的最小容值可以通过下面的公式计算: 使用温度下，使用寿命大于15000小时; 聚丙烯薄膜; 聚酯薄膜 I 如果按平均30Km/H，则在寿命期可以有rms C = (2) U × 2 × π × f 450000Km，电容的寿命对于汽车的行驶里 ripple 图7 室温时电容量随频率变化曲线由于系统中的滤波电流相对较大，而程是足够的。电解电容又有

0.02A/μF的滤波电流限制， 3.薄膜电容的选择所以在开关频率较高的逆变器中