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电容技术在汽车领域的升级与发展

电容这种基本元件，是任何硬件电路都离不开的，可以说这些元件不仅关系到硬件电路整体的稳定性，还决定了电子设备质量的优劣。在电动汽车应用中，更是少不了电容这类器件的应用。新能源车上的车载充电器（OBC）、DC/DC、主电机驱动、辅驱等多个部位，就有着DC薄膜电容器广泛的应用。

（车用薄膜电容，nichicon）

而高信赖性的MLCC也是一路为驾驶保驾护航。还有一些基于压电陶瓷技术、反铁电电容器技术的特殊电容为基于SiC和GaN半导体的快速切换转换器的缓冲器和DC链路提供了极其紧凑的解决方案。可以说各类电容的合适使用将带领新能源汽车领域OBC、DC/DC、Inverter设计更上一个台阶。

DC薄膜电容在新能源汽车应用中广泛应用

在新能源汽车中，DC薄膜电容主要应对的方向有三，EMI、旁路的耦合/去耦、滤波。当然也会涉及储能等其他应用，但是最主要的应用方向就是这三个。在这类应用选型上，DC薄膜电容的自愈性、失效开路、低耗散系数在考量上的优先级是更高的。

（图源：TDK）

这些特性中又以自愈性最为关键。DC薄膜电容器良好的自愈能力意味着器件耐过压能力强，高频性好，可以明显提高电动汽车的性能、延长蓄电池的使用期限，从而解决新能源车车载量低，续航里程段的问题。DC薄膜电容的耐压极限，以安规电容Y测试目前最高的水平可以达到4000V左右。

从模块来看，车载充电器OBC上DC薄膜电容的使用是最多的，从EMI滤波到PFC电容，到DC-link电容，LLC谐振阶段的电容，以及最后的输出电容。在EMI应用上的电容为了辅助OBC往小体积高功率方向的发展，现在也是尽可能往小体积做（前提是通过双85测试）。有些会在器件上加上10mm脚距的选项，进一步缩小尺寸，整体设计更紧凑。最成熟则是DC-link上的应用，这一类应用市面上已经有很多成熟的应用，在小尺寸之外会这类应用更关注电流密度。

高信赖性MLCC如何助力新能源汽车发展

车载用高信赖性MLCC包括软端子电容、支架电容和三端子电容。软端子电容在端电极中加入了柔性树脂层，可减少因应力导致的“弯曲裂纹”问题。支架电容在端电极上安装了金属框架，具备大容值、低ESL和高信赖性的特点。而三端子电容则采用贯通式结构，具备低ESL特点，可在广频带中起到降噪去耦的作用。

现在很多车厂都要求厂家在12V电源回路中使用两颗普通的MLCC来进行冗余设计，也可以使用单颗高性能软端子以保证回路的可靠性。其实不只在12V电源回路中，在任何需要缓解机械效应的地方，都可以使用软端子电容（如PCB板的分板处）。

支架电容传统的支架结构是将MLCC竖着往上堆叠，这种结构最上端的MLCC和基板距离很远，会导致ESR/ESL上升。将MLCC横向堆叠，可以有效降低ESR/ESL上升的风向。不仅如此，这种堆叠方式还增加了可堆叠数量，能够衍生出3颗电容并联式的产品。高信赖性的MLCC还会对堆叠的金属框架材料做优化，进一步降低阻抗成分。

（横向堆叠方式，TDK）

随着新能源汽车的发展，汽车的控制也需要达到PC、手机同等的控制功能，这一需求体现在需要更多的去耦电容来实现降噪。为了减少去耦电容的数量，实现基板的小型化，三端子滤波电容采用特殊结构解决此类问题。三端子电容则采用直流电可在内部流通的贯通式结构，可以很轻松地分离干扰信号。相对于普通端子，三端子电容在高频领域的低阻抗尤为突出，具有很明显的降噪特性。在ADAS和自动驾驶系统ECU等各式车载设备的电源回路中，都能发挥出很好的性能。

基于反铁电电容器技术的特殊电容

好马配好鞍，好的半导体器件配合好的被动器件才能相得益彰。这种新型电容基于陶瓷材料PLZT，这种材质具有高电介常数，可以在有限高度内堆叠更多层数，保证高电容密度。与传统的陶瓷电容器相比，其在施加应用电压下能达到其最大的电容值，这种电容随电压相应增加的特性能更好地控制纹波电压。

再加上其耐高温的特性，这种新型电容SMD版本可以直接放在IGBT旁边，最大限度降低电感值，因此在半导体器件开通关断工作时，在它的帮助下不会产生明显的过压。目前这种元件仅有标准和软端子两种封装方式，以后将增加更多尺寸和电压等级选项。

小结

在高压低容值范围，陶瓷电容的覆盖面是非常广的，而铝电解电容有较高的容值但是工作电压相对较低。而薄膜电容器则介于二者之间，容值较高的同时工作电压范围也相对较广。MLCC电容作为陶瓷电容的一种，在电容值覆盖上也很广，电压也能达到较高的水平，只是不能达到有些陶瓷电容的超高压。而基于反铁电电容器技术的特殊电容目前仅有标准和软端子两种封装方式，以后将增加更多尺寸和电压等级选项。

超级电容，法拉电容一样的？可以给汽车启动？中车打破国外垄断

最近有几个友让我讲讲超级电容，甚至还有一个网友要上超级电容储能系统，这里就跟大家介绍一下，有说得不对的地方请指出啊。

超级电容也叫法拉电容，也是电容的一种，简单点说就是能存储超级多电荷的电容。它的储存电荷表面积超级大，电荷距离超级小，也就让其比普通电容有超级大的电容量。这个技术也不是什么新技术了，在上世纪七八十年代就开始广泛使用了，最常见的应用场景就是给相机闪光灯供电。大家用过闪光灯都知道，用完一次后要等几秒钟，听到嘀一声响，提示超级电容充电完成后，才能进行使用。

超级电容有非常突出的优点。第一，是充电速度非常快，有些几秒钟就能完成充电。第二，寿命非常长，深度充放循环使用次数很容易达到几十万次。像锂电池，深度充放电循环次数有3000多次就算很牛了。而且它没记忆效应，不会像锂电池那样，到后面能充进的电越来越少，大家用过手机都知道的。第三，放电倍率特别高，能瞬间释放大部分能量，效率还非常高。就像我们玩游戏憋大招，憋了很久，一炮就打完。还有就是能量密度高，生命周期绿色环保，使用温度范围宽，充放电电流简单，检测方便等等。

那有什么缺点吗？第一，快速充放电温度很容易升高，控制不好非常容易坏。第二，自放电流大，充满电如果不用，几天后可能就没什么电了。第三，使用时比较娇气。第四，就是一致性不好，单体电压只有2.8V左右，如果串联使用，串联数量过多后，没有均衡电路，很容易就会损坏。

超级电容主要有哪些应用场合呢？闪光灯、防爆灯是用得非常普遍的，还有就是像一些电动小赛车之类的电动玩具和电动工具。汽车电瓶没电后，我们常用的汽车启动器。还有用作轨道交通或者电梯等能量回收，像高铁、地铁，刹车的时候是将动能转变成电能，再用大功率电阻，把电能转变成热能，白白浪费掉了，非常可惜，如果有了超级电容，就可以把动能转成电能后暂存，等启动的时候再把这些能量拿出来使用。还有一些就是充当计算机寄存器后面电源，替代纽扣电池使用。

最近几年，我国企业对超级电容进行了大力的研发投入，取得了非常可喜的进步。比如，江海电容现在已经做出了应用于计算机寄存器后面电源的超级电容。这些超级电容，前几年只看到过日本和韩国的品牌，现在我国企业也能自己生产了，进口价格也比以前更低了，这就是国产化的好处。

这里还要特别提起中车的超级电容，他们超级电容单体最小也有3000F，最大的竟然达到了60000F！太吓人了，已经大批量应用在交通运输、特种总装应用、储能和UPS电源上面。他们的努力会让我国能源利用水平大幅提升，是非常具有战略意义的，但投入和风险都极大，或许也是国企所要肩负的历史使命吧。真希望有一天能拿到他们的超级电容测试一下，能跟这样的企业合作，毕竟我一直做新能源十多年了。