薄膜電容的國內外應用現(xiàn)狀及性能分析

柴源 鄧倩

摘 要：隨著現(xiàn)在全球倡導低碳環(huán)保，綠色出行，新能源電動汽車的發(fā)展越來越迅速，而薄膜電容憑借自己的優(yōu)勢——優(yōu)于一般的工作性能和讓其他電容難以企及的可靠性為新能源電動汽車發(fā)展帶來了發(fā)展的機遇。

關鍵詞：綠色；薄膜；新能源

中圖分類號：TM53 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）18-0166-02

Abstract： With the global promotion of low-carbon environmental protection and green travel， new energy electric vehicles are being developed more and more rapidly. And the thin film capacitors， with their own advantages superior to the general performance and reliability other capacitors fail to reach， have brought new opportunities for the development of new energy electric vehicles.

Keywords： green； thin film； new energy

1 國內外現(xiàn)狀

在全世界有很多的薄膜電容制造商，但是能被稱為世界級的也就日本的Nichicon，德國的Wima，意大利的ICEL，美國的CDE等。其中，WIMA的產(chǎn)品方向主要用于制造高品質的音響，Nichion的產(chǎn)品主要在電子產(chǎn)品方向，而CDE則是做專業(yè)的變頻器薄膜電容。世界上薄膜電容器除了以上說的那些，還有一些也是做的比較好，像日本NISSI、荷蘭飛利浦雖不如上面那些聲名赫赫，但也有些名氣，而如臺灣凱勵、昱電、華容等稍遜一些公司也有一些市場份額。而在產(chǎn)量方面來說，全球薄膜電容的大半部分則是日本松下電工和德國EPCOS、美國Kemet一起占據(jù)著。作為全球的前五大薄膜電容器廠商——法拉電子公司，也在積極大力拓展變頻家電和新能源市場，因為這些市場上薄膜電容器的缺口還是很大的。目前它生產(chǎn)的交流薄膜電容器可以應用于像新能源混合動力汽車、風電能、太陽能等現(xiàn)在發(fā)展方向大好多個領域，也在競爭激烈的薄膜電容器中分得一杯羹。現(xiàn)在市場需要高頻、大容量、大電流、低阻抗、高電壓、高dv/dt的薄膜電容，所以這為以后薄膜電容器的發(fā)展提供了方向。

通過查閱大量的資料來看，我認為國家將在電網(wǎng)建設、電氣化鐵路建設、節(jié)能照明及混合動力汽車等方面會投入大量的資金和技術支持。消費類電子產(chǎn)品的快速發(fā)展和不斷更新?lián)Q代的速度不容小覷，將會推動數(shù)字化、信息化及網(wǎng)絡化建設的進一步快速發(fā)展，使我國科技永遠走在前列，而薄膜電容器也變得越來越重要、越來越不可或缺。

聚酯薄膜在我國原先應用于磁帶、計算機記錄帶等磁性材料方面，現(xiàn)在大多用于食品包裝和電子部件、光學部件、電容器方面，這是一種進步也是一種新的發(fā)展趨勢，證明我國越來越能發(fā)現(xiàn)其的多種用途。而現(xiàn)在中國大陸的電容器產(chǎn)能大量，但多數(shù)還是為低端產(chǎn)品。中國電子元件行業(yè)協(xié)會電容器分會秘書長潘大男就指出：“現(xiàn)如今國內的電容器企業(yè)應順應市場的變化，同時也密切關注前瞻性得行業(yè)，不斷推出適應不同整機要求的產(chǎn)品，才能做大做強”。我覺得目前來說電容器的廠商應該在各種發(fā)電設備、節(jié)能、電動設備、交通設備、直流輸變電、三網(wǎng)合一、網(wǎng)絡電視等行業(yè)的發(fā)展上下功夫。

2 薄膜電容的性能優(yōu)勢

就現(xiàn)在社會的發(fā)展趨勢來說，汽車電氣化的加劇生產(chǎn)，使汽車中電路系統(tǒng)的電壓和輸出功率邁出了又一大步，而社會的發(fā)展需求則對關鍵部件中電子元器件的耐壓能力和耐沖擊特性提出了更為嚴格的要求?，F(xiàn)在社會日新月異的各種變化都對電子系統(tǒng)有了別樣的要求。而電容元器件性能也要隨之變化，這就導致了薄膜電容器對汽車產(chǎn)業(yè)來說越來越重要。舉個例子來說，像豐田這樣的跨國大公司就決定普銳斯的第二代產(chǎn)品就將替換掉原有的電容器而改用薄膜電容器。在電動新能源汽車的電氣環(huán)境下，讓薄膜電容的耐壓耐沖擊特性發(fā)揮的更充分，現(xiàn)如今薄膜電容比其他電容經(jīng)濟性的覆蓋了600VDC～1200VDC之間的電壓范圍。

對薄膜電容器來說，它的的耐壓耐沖擊能力就是它在電容器中的最大武器。它由聚丙烯制備而成，自愈性能比一般電容器要強，像高頻、高壓、高穩(wěn)定、高脈沖和交流場合中，它的身影都是必不可少的。在新能源汽車的運用中，電機的驅動電路、轉換電路、電池系統(tǒng)等都是它身影必在的地方。在電機驅動電路中，反向脈沖電壓會因IGBT關閉時會出現(xiàn)，所以要并聯(lián)幾只薄膜電容器來作為直流濾波電容。而電源濾波電路在電池管理系統(tǒng)運用中，薄膜電容在高頻濾波中會有更好展現(xiàn)。薄膜電容器在諸如電子通訊、家電、電力電氣化鐵路、混合動力汽車、各種發(fā)電等多個行業(yè)有很好發(fā)展，這些行業(yè)發(fā)展在這幾年發(fā)展迅速又勢不可擋，直接推動了薄膜電容器市場進入一個黃金時期。

前面說具有良好的耐壓耐沖擊能力的薄膜電容器是非常有競爭力的，而衡量電容器抗過壓能力的一個重要指標就是自愈性。當工作電壓高于額定值時，短路就會因為薄膜介質在某個位置存在的缺陷被擊穿而出現(xiàn)。但是電弧會讓擊穿點的金屬化層會轉瞬融化并汽化。而在這段時間內放電區(qū)的長度不斷拓展變大。而放電結束后，汽化掉的一部分介質會因為放電區(qū)的溫度的驟降因凝華又凝聚在一起，這時候一層絕緣層就會在放電電極的周圍悄悄出現(xiàn)，把擊穿的區(qū)域分離開，讓電容器的兩極正常工作不受其絕緣影響。因此使工作的可靠性上一個臺階，這個性能是薄膜電容器又一秘密武器。正是薄膜電容器的這個秘密武器，使薄膜電容器的抗浪涌電壓能力達到了普通電容器難以企及的額定電壓1.5倍還多。同時，由于金屬化分割膜技術在薄膜電容器的塑料薄膜介質的使用，使得理論上不會再出現(xiàn)短路擊穿的可能，這讓薄膜電容器又加強了其耐壓能力，安全性在理論上也會更上一層樓。

除了良好的耐壓耐沖擊的秘密武器，薄膜電容器還有一個秘密武器——良好的溫度特性，與其他電容器不同的是它的介質材料是高溫聚丙烯薄膜，它特有的溫度特性使它可以在-40℃到105℃來回游動不受影響。經(jīng)過專業(yè)測量，在固定頻率下薄膜電容器和它的好兄弟電解電容器電容量隨溫度的變化是不同的，由此可以分析出：溫度的逐漸升高會讓薄膜電容器的電容量會因為總體電容量的下降而下降，但下降的幅度很小，幾乎可忽略不計，大約維持在300PPM/℃；而電解電容器的電容量就不一樣了，它不論是在什么溫度情況下隨溫度變化值都比較大，約為200-600PPM/℃。薄膜電容器這種特有的溫度特性，讓它對使用環(huán)境沒有那么大的要求，無論是在極寒的東北、炎熱的塔克拉瑪干沙漠地區(qū)或是其他極端的自然環(huán)境下都能夠正常工作。

3 薄膜電容在電動汽車上的應用

我國的薄膜電容器在不斷且快速的發(fā)展中，它的前景被業(yè)界很多人看好，其中最重要的是國家，從國家前瞻產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2015-2020年中國薄膜電容器行業(yè)市場前瞻與投資規(guī)劃分析報告》的報告中可以看出，在2007年年底世界上最大的BOPP電容膜的龍頭老大的位子就非我國莫屬了，全世界一半電容薄膜有都出自中國，并且年需求量約數(shù)萬噸并還在不斷增長中。近年來國內電容薄膜的快速發(fā)展使得產(chǎn)量也在不斷增加，需求不僅國外在持續(xù)增加，國內也在不斷增長。“十一五”期間，國內在聚丙烯電子薄膜上電容器的復合增長率在15%以上。而在2013這一年，我國薄膜電容器更是得到了高速發(fā)展同比增長14.6%，行業(yè)的市場規(guī)模驚人地達到了61.58億元，這表明電容薄膜在我國的發(fā)展已勢不可擋。但是現(xiàn)在我國的薄膜電容器市場的規(guī)模卻整體偏小，不過最近幾年薄膜電容行業(yè)發(fā)展非常迅速。尤其是下游市場需求更是迅速增長，相信我國未來幾年薄膜電容器的市場規(guī)模將慢慢趕上。以薄膜電容器使用率較高的汽車領域為例，近幾年我國汽車的年產(chǎn)銷量均在2000萬輛以上，截至2014年9月，我國汽車保有量已經(jīng)接近1.5億輛。這對我國的薄膜電容器來說是非常大的機遇，如果抓住它我國的薄膜電容器的發(fā)展將會跟上世界的腳步。汽車產(chǎn)業(yè)對以后薄膜電容器需求讓人難以想象。

根據(jù)調查顯示廈門法拉電子是最大的薄膜電容器生產(chǎn)商，為了保持行業(yè)的領先優(yōu)勢，該公司計劃投資1.1億用于擴建新能源薄膜電容器，投入生產(chǎn)后將會有3億uF/年的生產(chǎn)能力。而且根據(jù)另一個調查了解，國際風電的巨頭維斯塔斯等廠商也已經(jīng)開始啟用薄膜電容器，準備在未來分一杯羹。而在國內，在鋁電解電容器中占主導地位的江海股份也宣布將建設10條高壓薄膜電容器的生產(chǎn)線，并樹立了一個來年產(chǎn)近百萬只耐壓且容量大的薄膜電容器的目標，這也是為以后薄膜電容器在新能源汽車的發(fā)展做準備。早在2011年的時候，鋁電解電容器在全球的市場就狂卷35.21億美元，所以就算以其中只有5%用于汽車領域來說，汽車領域的鋁電解電容器的市場規(guī)模也會達到11億人民幣，這個機會是誰都不會放過的，而這部分市場以后將是薄膜電容的天下。而且對于在高壓電氣單元中像DC/DC、電機控制系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)等中，薄膜電容都有很大的優(yōu)勢。將來新能源汽車的發(fā)展會給薄膜電容一個很大的機遇，這將是一種新中國的新趨勢。

新能源汽車的動力問題大多都是依靠電能來實現(xiàn)。所以研究方向和技術難點就在于如何快速有效地儲存電能，從而提高電動汽車的車載電量和續(xù)航能力，并且盡量讓其輕便嬌小是我們目前面臨的主要問題?，F(xiàn)在的電動汽車一般都在用蓄電池，但這種電池車載電量小、續(xù)航能力一般。而在堵車的情況下，車輛需要頻繁的加速、減速、制動，而每次制動的時間都很短。在這種時候電機會產(chǎn)生脈動的再生電流。如果我們能夠把再生電流利用起來，將車輛減速時產(chǎn)生的動能通過能量轉換技術轉化成電能并儲存在電池中進行再生利用，這會讓電動汽車的車載能量增加和續(xù)航能力增長，也會讓電動汽車在汽車行業(yè)更有話語權。由于蓄電池的充電時間很長。所以在經(jīng)濟方面來說蓄電池用作再生能量的存儲很不劃算，因為它的回收效率太低，會直接導致利潤降低。但是薄膜電容器就不一樣了，它僅僅只需要短短幾秒鐘的時間就可以完成充放電過程，如果把它運用在電動汽車中，將會帶來巨大的經(jīng)濟效益。而且我認為將薄膜電容器作為電動汽車的輔助動力源，電動汽車的車載能量及續(xù)航里程就將進入一個新時代。

4 結束語

總而言之，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，科技的進步，人們生活質量的提升，對生活提出了更高的要求。在新能源電動汽車的發(fā)展歷程中，薄膜電容充分發(fā)揮自身優(yōu)勢，有效的利用于新能源電動汽車之中，以此提升用戶對新能源汽車的信賴度，不斷研究與創(chuàng)新，進而實現(xiàn)真正的低碳，環(huán)保，綠色。

參考文獻：

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