電動車逆變器大容量電容器：用3μm以下的薄膜做（上）
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混合動力車（HEV）及電動汽車（EV）上采用輸出功率高達數十千瓦～一百數十千瓦的馬達。電壓也高達數百伏，所以需要能夠驅動它的逆變器。指月電機制作所于2010年開發出了在這種逆變器中不可缺少的、用于平滑電壓的薄膜電容器。容量從500μF到1300μF左右。額定電壓高達600V，與2007年開發的原產品相比，額定電流增至以往產品的4倍（表）。該產品已被日立汽車系統公司采用，現在提供給大型汽車廠商的混合動力車使用。
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通過薄膜電容器滿足大容量、高電壓需求
逆變器可將來自電池的直流電通過轉換器轉換成變動較小的電壓，再通過名為絕緣柵雙極晶體管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）的開關元件轉換成近似于交流電的矩形波（圖1）。開關頻率快至十數kHz～數十kHz，由此產生的浪涌電壓很大。這種浪涌電壓與開關元件的輸入電壓重疊，便會產生尖峰（變動）。為了減少這種尖峰，需要采用平滑電容器。
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| 圖1：為了保護開關元件，平滑電容器必不可少 變動較大的電壓施加到開關元件上之后，最壞的情況下，元件會損壞。通過平滑電容器吸收電壓變動，以便向元件供給穩定的電力。 |
逆變器的電流高于100A，平滑電容器需要1000μF左右的大容量。而且，必須支持500V以上的高電壓。為了提高馬達及逆變器的效率，現在的混合動力車更傾向于提高電壓。例如“普銳斯”，將施加在馬達上的電壓從第2代車型的最大500V提高到了最大650V。
電解電容器需要大出一個數量級的容量
通常，大容量電容器采用鋁電解電容器。第一代普銳斯的平滑電容器就是如此。如果按平均1μF的制造成本來看，多數情況下鋁電解電容器要比薄膜電容器便宜。但是如果逆變器的電壓進一步提高，則鋁電解電容器難以對應。目前投入實用的1000μF左右鋁電解電容器的耐壓約為500V左右，因此必須使電壓比該數據更低。這樣要想在混合動力車上使用，就必須將兩個鋁電解電容器串聯起來。
另外，由于離子會發生運動，因此，鋁電解電容器的響應性一般較低，要支持在數十kHz頻率下的接通或者斷開產生的電流會比較困難。要使其在高頻下支持100A以上的電流，或許必須準備額定容量為10000μF左右、相差一個數量級的產品。如果響應性較低，在電荷積聚完成之前就會開始放電，因而無法用盡容量。而且容量達到10000μF時，鋁電解電容器在成本方面的優勢也會減弱。
于是，薄膜電容器便成了主流。這是因為薄膜可以采用耐壓及頻帶較高、等效串聯電阻（ESR）較低的聚丙烯（PPC）材料制作。
用于混合動力車及電動汽車的平滑電容器要滿足支持高電壓和高頻這兩個條件，就必須（1）實現小型化、（2）提高耐熱性、（3）提高安全性。
為了實現（1）提及的小型化，此次指月電機制作所將單位體積的容量密度比以往產品提高了15％左右。2007年的產品的薄膜厚度約為3μm，而此次薄膜的厚度則更薄（圖2）。由于是在電極之間夾持薄膜后制成電容器元件，因此薄膜越薄，電極間的距離就越短，從而可在減小體積的同時提高容量。
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| 圖2：厚度薄、耐壓高的聚丙烯薄膜 東麗以及王子特殊紙兩公司均有生產。 |
制造的流程如下。首先，在真空中向聚丙烯薄膜的一個面上蒸鍍鋅（Zn）及鋁（Al）之類的金屬，制成電極。將2枚這種薄膜重疊卷起來，便可制成在兩個電極間夾著作為介電體的薄膜的電容器。蒸鍍以將薄膜貼在金屬滾筒上、轉動該滾筒以揭取薄膜的方式進行（圖3）。在貼于滾筒的薄膜上，在400℃的融點溫度下將鋅、在1200℃的融點溫度下將鋁熔化后進行蒸鍍。滾筒預先冷卻至-20～＋25℃。（特約撰稿人：藤原 祐紀，指月電機制作所第一業務本部第2開發部部長）
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| 圖3：既快又薄且均勻地進行蒸鍍 在薄膜上蒸鍍鋅及鋁的情形。實際上是在真空中進行。高速旋轉滾筒，1小時即可制成30千米的蒸鍍薄膜。 |
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