1）薄膜电容的额定电压必须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；为了保证运行及维护薄膜电容的安全，必须设置放电装置；

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，电容器组在切除时必须保留足够容量，作为基数组。

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、采用的先进技术、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，全球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（如高效储能器、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高效电机控制的逆变器技术，高效电机控制的逆

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、采用的先进技术、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。第一代丰田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，允许承受的最大浪涌电压是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

定电压不高于500V，所以当母线电压高于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，最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。高性能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，使它的自感降到最低(<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，就必须把系统电压提高(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、最大电压、电

池电压的波动范围、开关频率、纹波电流有效值、最大峰值电流、相间续流电流大小、电机额定功率、峰值功率、环境温度、最高工作温度、最

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最小电容器容值。当然，如果设计前已知了电路中的最大允许纹波

电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：

(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最小容值选择电解

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

要的最小容值为：

(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

高性能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，使电路的性能更加优越。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

有长寿命的要求，薄膜电容无疑是电动汽车作为直流支撑电容的最佳选择

一、薄膜电容器可以储存电荷，具有隔断直流的作用

当把薄膜电容器的两个极板分别接到直流电源的正，负极上时，正负电荷就会集聚在薄膜电容器的

两个电极板上，在两个极板间形成电压。随着两极板上电荷的不断增加，薄膜电容器上的电压也由小逐

渐增大，直到等于直流电源电压时，电路中便不会有电流流过，充电过程就停止了，这就是薄膜电容器

的充电作用。如果把直流电源和薄膜电容器断开，此时电容器上便储存上了电荷，它储存的电荷量可由

下式求出，即从上式可以看出，当电容器两端的电压一定时，电容器的容量越大，它所储存的电荷量也

越大。可见电容器的电容量是一个衡量电容储存电荷本领的参数。

薄膜电容器上储存电荷后，由于电容器两极板是由绝缘介质隔开的，虽然电容器两端有电压，但电荷

不能从电极间通过，所以有隔断直流的作用。如果把储存有电荷的薄膜电容器的两个电极用导线相连，在

连接的瞬间，电容器极板上的正，负电荷便会通过导线中和，这就是电容器的放电作用。电容器放电的过

程是一个能量释放的过程，会在放电回路中做功，把电能转换成其他式的能量。在电子电路中使用时，若

电子电路上的电压高于两端的电压，电容器就充电，直到薄膜电容器上建立的电压与电路的电压相等为止

;如果电子电路上的电压低于两端的电压，电容器则进行放电。

二、交流电可以"通过"薄膜电容器

如果把薄膜电容器接到交流电路上，由于交流电电压的大小和方向不断变化，电容就会交替地充电，放

电反复进行，此时电容的两极板间仍不会有电荷通过，但在交流电路中却形成了方向和大小都不停变化的

交流电流，就像电容能通过交流电一样，这就是交流可以"通过"电容器的道理。

三、薄膜电容器的容抗

薄膜电容器对交流电有特殊的电阻特性，称为容抗。容抗可由下式算出，即从上式不难看出，电容器的

容量越大，电流的频率越高，它的容抗出就越小，交流电流越容易通过。

EPCOS / TDK:

B32652A103J189 B32652A103J289 B32652A103K289 B32652A1182J B32652A1182J189 B32652A1182K289

B32652A1272J B32652A1272J189 B32652A1272K189 B32652A1392J B32652A1392J189 B32652A1392J289

B32652A1552J B32652A1612J B32652A1702J B32652A1772J B32652A1822J B32652A1822J189 B32652A183J

B32652A183J189 B32652A183K B32652A2182J B32652A2182J289 B32652A2221J189 B32652A223K189

B32652A2252J B32652A2392J B32652A2512K B32652A2562K B32652A2622K B32652A2681J289 B32652A273J

B32652A3124J B32652A3184J B32652A3274J B32652A3274K B32652A3324K189 B32652A333J289 B32652A3364J

B32652A3394J B32652A3394J289 B32652A3824J B32652A393J B32652A4184J B32652A4184K B32652A4273J

B32652A4274J B32652A4394J B32652A4684J B32652A473J289 B32652A4863K B32652A6273J B32652A6273J189

B32652A6273K B32652A6273K289 B32652A6334J B32652A6393J189 B32652A683J189 B32652A7273J

B32652A7273J289 B32652J1182J289 B32652J1272J B32652J1272J189 B32652J1272J289 B32652J1392J289

B32653A1183J B32653A174J B32653A1822J B32653A1822J189 B32653A1822J289 B32653A1912K B32653A2272J

B32653A2392J B32653A2722J B32653A2732J B32653A2742J B32653A2752J B32653A2772J B32653A2822K

B32653A3274J B32653A3394J B32653A3394J189 B32653A3394K B32653A3904J B32653A3904J189 B32653A393J

B32653A4274J B32653A4394J B32653A6564K B32654A3275K B32656A8105J B32656A8105K B32656A8224J

B32656A8334J B32656A8474J B32656A8684J B32656J1104J B32656J2104J B32656J2154K B32653A3155J000

（1）新能源汽车市场前景广阔，系未来薄膜电容需求增长最大推动力

新能源汽车已成为全球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首位，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。全球新能源汽车

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 年全球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，全球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 年以来稳居全球光伏逆变器出货量排名前三名，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，全球储能逆变器由 2015 年的 0.9GW 增

加到 2019 年的 9.8GW，CAGR 为 81.65%。

2019 年，全球储能逆变器市场 CR10 达 94%，固德威在全球储能逆变器市场中出货量 占比约 15%，

排名第一。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，依据全球容配比 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 年全球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 年预期全球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

年全球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，全球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 年全球风电累计装机容量达 651GW。GWEC 预测，2020-2024 年全球风电新增装

机量年复 合增速为 4.0%，2024 年全球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。

从电解到薄膜电容器应用领域未来在哪

此前，铝电解电容曾是世界上最流行的电容器，没有之一。

无论是在电子电气领域，还是在驱动系统的变频器，作为平滑用电容器

来说，它的大容量和性价比长期以来无人能敌。

但随着应用需求的发展和深入，人们发现电解电容有一些硬伤，比如电

压问题、使用寿命等等。而薄膜电容就此进入行业的视野当中。

相对于铝电解电容来说，薄膜电容耐压更高，且ESR（等效串联电阻）

低、无极性、性能更加稳定，且寿命更长。

薄膜电容的性能特征：

1,对温度变化保持稳定的电容特性

2,耐电压性能卓越，最适合高电压用途

3,低损耗，因此抑制产品自身的发热，可实现节能化

4,有着敏锐的高频特性，过滤效果卓越

5,纹波电流耐量高，单位体积的电流密度大

6,具备自我恢复功能（自我修复），安全性卓越

7,高温环境下10年以上无需维护

TDK集团近日推出了两款新系列爱普科斯(EPCOS)MMKP电容器，这两款电容器均采用了聚丙烯薄膜

和双面蒸镀金属化薄膜电极，具有优秀的耐脉冲能力和纹波电流能力。其电流与电容器型号及频率有

关，最大可超过10ARMS。MMKP系列电容器的另一个亮点是设计紧凑，其尺寸介于4mm x 9mm x

13mm和11mm x 18.5mm x 18mm之间，10mm和15mm的引线间距可选。

B32641B*和B 32642B*系列MMKP电容器专为630V DC或1000V DC电压应用而设计，电容值范围为

4.7nF至150nF，最高工作温度达+110 °C，主要适用于高频和高电流电路，包括带LLC拓扑的电源谐振

电路。MMKP电容器还适用于开关电源或照明系统的镇流器。

MMKP技术：金属化聚丙烯膜技术(MKP)，电极为双面蒸镀的金属化薄膜，可提高电容的耐脉冲能力及

自愈能力。

主要应用

LLC拓扑的电源谐振电路

开关电源

照明系统的镇流器

主要特点和效益

优秀的耐脉冲能力

优秀的纹波电流能力，超过10ARMS

尺寸紧凑