电动汽车拆解大容量电容器用3μm以下的薄膜制作上

电动汽车拆解大容量电容器用3um以下的薄膜制作上

目前，电动汽车逆变器的平滑电容器采用薄膜电容器已经成

为普遍的做法。这是因为薄膜电容器耐压性及频率特性较为

出色的结果。日本指月电机制作所采用厚度在3口m以下的

薄膜实现了薄膜电容器的小型化，并减轻了制造时给介电体

带来的负荷，提高了可靠性。另外，还采用了即使部分电极

发生短路也不会对整体带来不良影响的蒸镀形状。

混合动力车（HEV）及电动汽车（EV）上采用输出功率

高达数十千瓦〜一百数十千瓦的马达。电压也高达数百伏，

所以需要能够驱动它的逆变器。指月电机制作所于2010年

开发出了在这种逆变器中不可缺少的、用于平滑电压的薄膜

电容器。容量从500UF到1300uF左右。额定电压高达600V,

与2007年开发的原产品相比，额定电流增至以往产品的4

倍（表）。该产品已被日立汽车系统公司采用，现在提供给

大型汽车厂商的混合动力车使用。

寰：2010年开发品与2007年老产品的对比

如・■一成■位体根的行3卑附同太冷费高了16%左右.

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弊电容■外彩尺寸体积）

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宽度妁240mmx

2010年〜1300户600V4X|1/4XH极拳妁170mm

(125L)

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2007年~4503600V130mm

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通过薄膜电容器满足大容量、高电压需求

逆变器可将来自电池的直流电通过转换器转换成变动较小

的电压，再通过名为绝缘栅双极晶体管（InsulatedGate

BipolarTransistor,IGBT）的开关元件转换成近似于交流

电的矩形波（图1）。开关频率快至十数kHz〜数十kHz,由

此产生的浪涌电压很大。这种浪涌电压与开关元件的输入

电压重叠，便会产生尖峰（变动）。为了减少这种尖峰，需

要采用平滑电容器。

开关元件IIG8T

蚊波电任重・平常化密

的矩形波的电压

玄i蚊速电压

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图1:为了保护开关元件，平滑电容器必不可少

变动较大的电压施加到开关元件上之后，最坏

的情况下，元件会损坏。通过平滑电容器吸收

电压变动，以便向元件供给稳定的电力。

逆变器的电流高于100A,平滑电容器需要1000uF左右

的大容量。而且，必须支持500V以上的高电压。为了提高

马达及逆变器的效率，现在的混合动力车更倾向于提高电

压。例如“普锐斯”，将施加在马达上的电压从第2代车型

的最大500V提高到了最大650Vo

电解电容器需要大出一个数量级的容量

通常，大容量电容器采用铝电解电容器。第一代普锐斯

的平滑电容器就是如此。如果按平均1UF的制造成本来看,

多数情况下铝电解电容器要比薄膜电容器便宜。但是如果

逆变器的电压进一步提高，则铝电解电容器难以对应。目前

投入实用的1000uF左右铝电解电容器的耐压约为500V左

右，因此必须使电压比该数据更低。这样要想在混合动力

车上使用，就必须将两个铝电解电容器串联起来。

另外，由于离子会发生运动，因此，铝电解电容器的响

应性一般较低，要支持在数十kHz频率下的接通或者断开产

生的电流会比较困难。要使其在高频下支持100A以上的电

流，或许必须准备额定容量为10000UF左右、相差一个数

量级的产品。如果响应性较低，在电荷积聚完成之前就会开

始放电，因而无法用尽容量。而且容量达到10000uF时，

铝电解电容器在成本方面的优势也会减弱。

于是，薄膜电容器便成了主流。这是因为薄膜可以采用

耐压及频带较高、等效串联电阻（ESR）较低的聚丙烯（PPC）

材料制作。

用于混合动力车及电动汽车的平滑电容器要满足支持

高电压和高频这两个条件，就必须（1）实现小型化、（2）

提高耐热性、（3）提高安全性。

为了实现（1）提及的小型化，此次指月电机制作所将单位

体积的容量密度比以往产品提高了15%左右。2007年的产

品的薄膜厚度约为3口m,而此次薄膜的厚度则更薄（图2）。

由于是在电极之间夹持薄膜后制成电容器元件，因此薄膜越

薄，电极间的距离就越短，从而可在减小体积的同时提高容

量。

图2：厚度薄、耐压高的聚丙烯薄膜

东丽以及王子特殊纸两公司均有生产。

制造的流程如下。首先，在真空中向聚丙烯薄膜的一个

面上蒸镀锌(Zn)及铝(A1)之类的金属，制成电极。将2

枚这种薄膜重叠卷起来，便可制成在两个电极间夹着作为

介电体的薄膜的电容器。蒸镀以将薄膜贴在金属滚筒上、转

动该滚筒以揭取薄膜的方式进行(图3)。在贴于滚筒的薄

膜上，在400℃的融点温度下将锌、在