TDK/EPCOSTDK新能源汽车薄膜电容,B32529C0334K289新能源汽车薄膜电容
使用薄膜电容要注意以下几点：
1）薄膜电容的额定电压与本地区电网电压相符合，对于某些电压过高或者有谐波存在的电网，
由于高次谐波，尤其是三、五、七次谐波，能量大的，危害也属于较强，在配置时，应采取措施予
以避免和隔离。
2）注意运行环境温度。由于过高的运行温度会导致薄膜电容的电化学反应加剧，影响自愈时的热
量消散，将导致自愈失败或使用寿命短缩，因此，安装薄膜电容器时应避开热源，改善散热及通风
环境。
3）电容器柜应设有合理的保护装置：
①调整合适的延时及放电时间，投入与切除电容器组要配有限流及放电装置。因为薄膜电容内阻小，
浪涌电流可能高达上万安倍，为了防止新投入的电容器受到旁侧先投入的电容器对其放电，所以应
设置限流保护装置；为了运行及维护薄膜电容的安全，设置放电装置；
②投切程序应遵守先投先切，后投后切的原则；
③为了防止频繁投切，电容器组在切除时保留足够容量，作为基数组。
交流电路中薄膜电容器的工作原理
随着科技的发展的进步和薄膜电容器可以代替电解电容的优势出来，因此使用薄膜电容器的频率也越来越高。
而今天小编将要跟大家分享的是薄膜电容器在交流电路中的工作原理。在中学阶段有句话是这样说的通交流，阻
直流，说的就是电容的这个性质。在直流电路中，薄膜电容器相当于断路的。
我们可以从薄膜电容器的结构先说起，简单的电容是由于绝缘电介质结构成的。通电后极板带电，形成电压
（电势差），但是中间由于绝缘的物质，所以是不导电的。不过，这样的情况是在没有超过电容器的临界电压（击
穿电压）的前提条件下的。
我们都知道任何物质都是相对绝缘的，当物质两端的电压加大到一定程度后，物质都是可以导电的，我们称这
个电压叫击穿电压。电容也不例外，电容被击穿后，就不是绝缘体了。不过在中学阶段，这样的电压在电路中是见
不到的，所以都是在击穿电压以下工作的，可以被当做绝缘体看。
但是在交流电路中，因为电流的方向是随时间成一定的函数关系变化。而薄膜电容器充放电的过程是有时间的，
这个时候，在极板间形成的变化的电场，而这个电场也是随时间变化的函数。实际上，电流是通过场的形成在薄膜
电容器间通过的。看完以上的分享你对薄膜电容器在交流电路中的原理有所了解了吗。更多的电容器尽在JEC，
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薄膜电容器的主要特性有哪些？
薄膜电容器由于具有很多优良的特性，因此是一种性能的电容器，它的主要等性如下：无极性，
绝缘阻抗很高，频率特性，而且介质损失很小，基于以上的优点，所以薄膜电容器被大量使用在模
拟电路上，混合动力汽车高温薄膜电容，尤其是在信号交连的部份，使用频率特性良好，介质损失
极低的电容器，高温薄膜电容批发，方能确保信号在传送时，不致有太大的失真情形发生
在所有的塑料薄膜电容当中，又以聚bing烯（PP）电容和聚ben乙烯（PS）电容的特性较为显著，
当然这两种电容器的价格也比较高，然而近年来音响器材为了提升声音的质量，所采用的零件材料已愈
来愈好，价格并非重要的考虑因素，所以近年来PP电容和PS电容被使用在音响器材的频率与数量也愈来
愈高
目前传统储能电容即铝电解电容在我国电容市场上所占的份额仍大于薄膜电容器，但凭借着薄膜电容器
的性能，其市场渗透率正在不断加大，薄膜电容器的上升趋势已经势不可挡，不仅在储能焊机领域占
有很大的份额，还在太阳能应用、风力发电、混合动力汽车地铁等方面展露手脚
薄膜电容在技术上逐渐取代铝电解电容，更有利于我国工业发展，采用聚bing烯薄膜电容器替代铝电解
电容器后，高温薄膜电容厂家，由于聚bing烯薄膜电容器基本上不存在寿命限制问题，高温薄膜电容厂商，
也就避免了搞可靠应用时变频器定期替换铝电解电容器的麻烦和成本的提高
新能源汽车领域将是薄膜电容器的主要应用方向
薄膜电容器由于具有很多优良的特性，因此是一种性能很好的电容器。它的主要特性如下：无极性，
绝缘阻抗很高，频率特性(频率响应宽广)，而且介质损失很小。基于以上的优点，所以薄膜电容器
被大量使用在模拟电路上。尤其是在信号交连的部份，使用频率特性良好，介质损失极低的电容器，
方能确保信号在传送时，不致有太大的失真情形发生。
目前，我国薄膜电容器大量适用于节能灯，家电、新能源汽车、智能电网、风能、光伏及轨道交通等
领域。随着下游市场的大规模使用，薄膜电容器行业市场规模快速增长。前瞻产业研究院发布的《2015
-2020年中国薄膜电容器行业市场前瞻与投资规划分析报告》数据显示，“十一五”期间国内电容器用
聚丙烯电子薄膜的复合增长率超过15%。2013年，我国薄膜电容器行业市场规模达到61.58亿元，同比
增长14.6%。
近年来，新能源汽车行业暖风频吹：特斯拉免费开放其专利技术;国内相关城市不断加大充电桩建设、
加大补贴力度，不断完善新能源汽车放量所需要的基础设施、技术以及相关政策准备。从行业属性看，
不同于新能源汽车供应链上的其他环节，新能源汽车薄膜电容器行业不存在产能过剩、过度竞争的问题。
新能源汽车领域薄膜电容器产值为3000元/辆，根据我国新能源汽车产量进行分析，2010年，我国新能
源汽车领域薄膜电容器产值超过2000万元，为2160万元;2013年，我国新能源汽车领域薄膜电容器产值
为5250万元。
地密集出台相关政策大力推广新能源汽车的使用，必将刺激对薄膜电容器产生较大需求。因此，未来
薄膜电容器在新能源及新能源汽车领域的应用将是主要发展方向。汽车里面一般有三个地方会用到电容
器：储能、电机和电控。在新能源汽车电源部分的设计中，需要采用高耐压的电容器进行平滑和滤波的
应用，汽车内部通常工作环境恶劣，要求电容器耐高温性能强、可靠性高，寿命长，薄膜电容相比铝电
解电容具备较大的优势。
薄膜电容器在新能源汽车上的运用
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。本文主要介绍薄膜电容器优点、采用的技术、相关的选型标准及应用分析。
【关键词】能源；薄膜电容器；电解电容器；逆变器；新能源汽车
1.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问题，能源安全受到越来越多国家的重视。随着
“汽车社会”的逐渐形成，汽车保有量在不断地呈现上升趋势，汽车行业的发展面临着能源和环保的双重压力，各个国家为了将来在
世界汽车业中占得一席之地，纷纷推出了各自的的新能源汽车的规划蓝图，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燃料作为动力来源，新能源汽车包括混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池电动汽车、氢发动机汽
车、其他新能源（如储能器、二甲醚）汽车等各类别产品[1]。
电机，电池和电机控制技术是新能源汽车的三大核心。电机控制技术的核心就是需要电机控制的逆变器技术，电机控制的逆
变器技术则需要一个功能强大的IGBT模块和一个与之匹配的直流支撑电容器。
本文主要介绍薄膜电容的优点、采用的技术、相关的选型标准及应用分析。
2.薄膜电容的技术优点
早期直流支撑薄膜电容都是采用电解电容，随着薄膜电容技术的发展，特别是基膜本身技术的发发展和金属化采用分割的技术出现，
不仅使得薄膜电容的体积在越做越小的同时，产品的耐压水平还保持在相当的水平，现在越来越多的公司采用高温聚丙烯薄膜电容器的作
为直流支撑电容，一个典型的例子就是丰田公司的PRIUS车型的改进；而国内车企典型代表是比亚迪F3DM和E6，都使用薄膜电容器作为
直流支撑电容。代丰田Prius使用的滤波电容器是电解电容器，见图2；从第二代开始，便开始使用薄膜滤波电容器组。
目前用于直流支撑的薄膜电容器，大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。
a.产品安全性好，耐过压能力强
由于薄膜电容器具有自愈额现象，而且薄膜电容的设计是按照IEC61071的标准，电容抗浪涌电压能力大于1.5的额定电压，加上电容
采用分割膜技术，见图4，电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，典型的失效模式是开路。在特定应用
中电容的抗峰值电压能力也是考察电容的重要指标。实际上，对电解电容而言，允许承受的大浪涌电压是1.2倍，这种情况迫使使用者
不得不考虑峰值电压而非标称电压。
b.良好的温度特性，产品温度使用范围广，可以从-40℃-105℃
直流支撑薄膜电容器采用的高温聚丙烯薄膜，具有聚酯薄膜和电解电容没有的温度稳定性，具体如下
随着温度的升高，聚丙烯膜电容器容量总体是下降的，但下降的比例是很小的，大概是300PPM/℃；而聚酯膜不管是在高温阶段还
是在低温阶段，容量随温度变化则大了很多，为+200～+600PPM/℃。
聚丙烯膜介质电容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是不一样的。
由于聚丙烯膜介质电容器具有良好的温度特性，不管是在低温(比如说中国北方)或者高温地区(比如说沙漠地区)都可以得到正常的使
用，但对于电解电容器来说，如果在低温地区，由于电解液的存在，电解液可能会凝固，电容的性能在低温的时候，性能发生较大的变化，
可能导致电机控制器不能正常使用。
c.频率特性稳定，产品高频特性好
目前大部分的控制器开关频率在约10KHZ，这就要求产品的高频性能好，对于电解电容器和聚酯膜电容器来说，这个要求是个难题。
随着频率的升高，聚酯膜介质电容器的所测容量是随着频率的上升是逐步减少的，但聚丙烯膜介质电容器则基本不变。
随着频率的上升，聚酯薄膜介质电容器的损耗急剧加大，但聚丙烯介质电容器基本不变。
d.没有极性，能承受反向电压
薄膜电容器的电极是蒸镀在薄膜上纳米级的金属，产品是没有极性的，故对使用者来说非常方便，不需要考虑正负极的问题；而对电
解电容器来说，如果超过1.5倍Un的反向电压被加在电解电容上时，会引起电容内部化学反应的发生。如果这种电压持续足够长的时间，
电容会发生爆炸，或者随着电容内部压力的释放电解液会流出。
e.额定电压高，不需要串联和平衡电阻
为了提高输出功率，混合动力汽车和燃料电池汽车的母线电压有不断提高的趋势。现在市场上给电机提供的电池电压典型值有280V，
330V及480V，与之匹配的电容不同厂家不太一样，但大体是会选择比如450V，600V，800V，容量从0.32mF到2mF，而电解电容器的额
定电压不500V，所以当母线电压500V时，系统只能通过串联电解电容器来提高电容器组的耐压水平。这样，不仅增加了电容器组
的体积、成本，也增加了电路中的电感和ESR。
f.低ESR，通过耐纹波电流能力强
薄膜电容器大于200mA/μF，电解电容通过纹波电流能力为20mA/μF，这个特点能大大减小系统中所需要的电容器的容量。国内厂家
比如厦门法拉主推的产品目前0.4-0.5mΩ，大纹波电流值从几十安培到几百安培不等。
g.低ESL
逆变器的低电感设计要求其主要元件DC-Link电容器要有极其低的电感。DC-Link直流滤波薄膜电容器通过把母线整合到电容器
模块里，使它的自感降到低(<30nH)，大大减小了在必要开关频率下的震荡效应。因此，并联在DC-Link电容器上的吸收电容经常被省略
掉，电容器电极直接接到IGBT上。
h.抗浪涌电流能力强
能够承受瞬间的大电流，采用波浪分切的技术和电容镀膜加厚边技术，可以提高产品浪涌电流温度和机械冲击的能力。 i.使用寿命长
薄膜不易老化的特性决定了薄膜电容器优很长的寿命，特别在额定电压和额定使用温度下，使用寿命大于15000小时；如果按平均30Km/H，
则在寿命期可以有450000Km，电容的寿命对于汽车的行驶里程是足够的。
3.薄膜电容的选择
为了达到节能的目的，提高电机的效率，减少线损，就把系统电压提高(见公式一)，电压提高后，可以降低通过回路的电流，由于电流
可以比较低，线损就会比较低。
P线损=I2R (1)
目前系统电压范围从100多伏到300多伏，有些公司用于大功率驱动的达到400多伏，由于控制电路自感及其在汽车在不同工况下使用的缘
故，大多公司选用是额定电压450V以上的电容。
根据电机功率的不同，目前有不同的IGBT模块可以使用，同样，对于直流支撑电容器，不同的厂家也推出了不同的产品，主流薄膜电容器
厂商比如厦门法拉和EP公司都推出了不容容量和结构的电容可供选择。选择时主要考虑额定容量、允许容量的偏差、额定电压、大电压、电
池电压的波动范围、开关频率、纹波电流有效值、大峰值电流、相间续流电流大小、电机额定功率、峰值功率、环境温度、高工作温度、
高工作海拔、散热方式和寿命要求等指标。
4.应用分析
4.1 纹波电压产生的原因
IGBT工作的时候，电路两端负载发生变化，母线上会产生纹波电流。如果没有C3电容器，那么电流将全部流经电池组，导致Ur产生波动
(Ur=Iripple×r)，U=U1+Ur，所以U两端将产生较大的纹波电压，影响IGBT的正常工作。
4.2 电容器组的作用
如果在母线两端并上电容器组，当ESR+1/ωC< 4.3 电容器的选择
要使ESR+1/ωC< 工程应用上，可以通过计算机模拟得到系统需要的小电容器容值。当然，如果设计前已知了电路中的大允许纹波
电压和纹波电流的有效值。那么，系统中需要的小容值可以通过下面的公式计算：
(2)
由于系统中的滤波电流相对较大，而电解电容又有0.02A/μF的滤波电流限制，所以在开关频率较高的逆变器中一般不按小容值选择电解
电容器，而是按下面公式选择电解电容器的容值：
(3)
下面以某电机电机驱动系统是30KW的纯电动车型举例说明，驱动器上的参数为：Vw=336V； Uripple=4V；Irms=100A @10KHz。需
要的小容值为：
(4)
这个容量的薄膜电容器很容易找到。如果选用电解电容器，则需要的容量是：
(5)
由此可以得出，开关频率较高的逆变器中使用薄膜电容器可以大大减小应用中所需要的容值。
5.总结
DC-LINK薄膜电容器是一种采用新的制作工艺和金属化薄膜技术的电容器，它增加了传统薄膜电容器的能量密度，即电容的体积也随
之缩小。另一个方面它通过将电容器芯子和母排整合的方式来满足客户灵活的尺寸要求，不仅使得整个逆变器模块更加紧凑，也大大降低应用电
路中的杂散电感，使电路的性能更加。电动汽车中使用的电路设计有高电压、高有效值电流、有过压、有反向电压、有高峰值电流、同时还
有命的要求，薄膜电容无疑是电动汽车作为直流支撑电容的佳选择
（1）新能源汽车市场前景广阔，系未来薄膜电容需求增长大推动力
新能源汽车已成为汽车产业转型发展的主要方向和促进世界经济持续增长的重要引擎。经过
多年持续 努力，我国新能源汽车产业技术水平显著提升、产业体系日趋完善、企业竞争力大幅增强，
2015 年以来产 销量、保有量连续五年居世界，到 2025 年，我国新能源汽车市场竞争力明显增
强，动力电池、驱动电 机、车用操作系统等关键技术取得重大突破，安全水平全面提升。新能源汽
车新车销售量达到汽车新车销 售总量的 20%左右。《中国汽车市场中长期预测（2020-2035）》（
《预测报告》）显示，中国未来五年 汽车市场将呈现稳定增长趋势，到 2025 年销量达到 3000 万辆，
结合销售占比 20%的份额目标，新能源 汽车销售量到 2025 年有望达到 600 万辆。新能源汽车
销售量有望在 2025 年达到 1200 万辆。新能源 汽车单车需搭载一个薄膜电容器，且价格在 400-600
元间，随着企业制造技术不断提升和规模定制化的推 广，初步预计未来 5 年价格年均下降 3%。据保
守估计，到 2025 年新能源汽车用薄膜电容器市场规模 为 48.03 亿元，中国新能源汽车用薄膜电
容器市场规模为 23.45 亿元。
（2）光伏新增装机数量持续加快成长、运营阶段对逆变器的更换要求以及储能配套的趋势，打开光伏
逆变 器市场的增长空间，从而带动薄膜电容需求放量
根据Wood Mackenzie的数据，光伏逆变器出货量由2014年的41.57GW增长到2019年126.74
GW， CAGR 达 24.98%。光伏逆变器行业集中度逐步提升，2019 年 CR10 达 73%。其中，华为、阳
光电源、SMA 三家厂商从 2014 年以来稳居光伏逆变器出货量排名名，光伏逆变器市场 CR3
由 2014 年的 32% 增长到 2019 年的 43%。IHS 数据显示，储能逆变器由 2015 年的 0.9GW 增
加到 2019 年的 9.8GW，CAGR 为 81.65%。
2019 年，储能逆变器市场 CR10 达 94%，固德威在储能逆变器市场中出货量 占比约 15%，
排名。光伏新增装机容量的增长，直接带来光伏逆变器需求持续放量，根据 EPIA 数据， 2024 年全
球光伏新增装机容量预计达到 200.11GW，依据容配比 1.2，预计 2024 年新增装机容量带 来的光伏
逆变器需求将达到 166.76GW。由于光伏逆变器的寿命约为 10 年，光伏电站的寿命往往在 20 年 左右，
两者寿命期限错配，带来运营阶段对光伏逆变器的更换需求，预计到 2024 年光伏逆变器更换需求将 达到
29.82GW。我们预测未来光伏发电储能配套率将持续提升，2024 年光伏储能配套率将达到 6.8%，
2024 年光伏储能逆变器需求为 13.54GW。综上以上预测，2024 年预期光伏领域逆变器市场需求将达
到 210.11GW。基于我们对薄膜电容在光伏逆变器中的渗透率有望于 2024 年提升至 29%的预测，2024
年光伏领域薄膜电容市场规模将达到 21.94 亿元，2020-2024 年 CAGR 达 19.69%。
（3）新增装机叠加存量风电装机替代钽电解电容器的需求助力薄膜电容需求增长
根据 GWEC 数据，风力发电新增装机容量由 2010 年的 39.1GW 增长至 2019 年的 60.4GW，
CAGR 为 5%，2019 年风电累计装机容量达 651GW。GWEC 预测，2020-2024 年风电新增装
机量年复 合增速为 4.0%，2024 年风电累计装机容量可达 1006GW。根据 GWEC 数据，2024 年风
电新增装机 容量预计将达到 73.4GW。在存量风电装机中的铝电解电容替代需求下，我们预计渗透率将持
续提升。在262风电领域中，1MW 装机容量大约需要 3 万元的薄膜电容器。因此，我们预测 2024 年，风
电领域薄膜电容 器市场规模将达到 6.39 亿元。
