【文章摘要】

本文主要从耐电压、绝缘电阻、静电容量和等效电阻四个方面对使用在电动汽车上的大容量薄膜电容器的性能测试进行了分析，对其在电动汽车上的使用提供了一定的参考价值。

【关键词】

薄膜电容器；电动汽车；性能测试

随着汽车工业的迅猛发展，汽车工业必将面临洁净化和环保化的改革任务。为此，新能源电动汽车脱颖而出成为各国纷纷追逐的目标。但电动汽车的续跑能力不足和能量密度不高的缺点，成为限制电动汽车进一步发展的瓶颈。目前，将电动汽车减速时的制动动能再循环利用，回收成电能继续使用的新技术，较好地解决了该问题，大大提高了电动汽车的续跑能力。在这一技术中，常采用电容器作为辅助能源来均衡负载并迅速吸收再生制动能量，因此，大容量薄膜电容器的性能指标成为技术关键点之一。

1 薄膜电容器在电动汽车上的应用

通常汽车在城市道路中行驶的时候， 会出现频率较高的加速和制动情况。由于每次的制动都不会出现很长时间，导致在制动的时候，汽车利用的制动能产生的电流不是稳定平稳的。一方面，汽车使用的蓄电池需要稳定电流的充能，所以对于制动产生的电能回收利用效率不高。另一方面，不稳定的制动电流一般都会比较大，超过了蓄电池正常的充电电流，严重减少了蓄电池应有的使用年限。

为解决制动动能回收的问题，现在比较流行的做法是使用大容量的电容器配合蓄电池来使用。这里，电容器的主要作用是在汽车快速制动时快速向负载释放或吸收能量，将汽车的部分动能回馈给蓄电池以对其充电，并帮助电动汽车在突然启动和突然提速时放电电流趋于稳定的状态。因此，对薄膜电容器的耐电压、绝缘性能、静电容量的大小、等效电阻的大小等四方面的性能要求极高，本文主要是针对这四方面的要求进行摸索研究。

2 大容量薄膜电容器的性能测试

大容量薄膜电容器的主要材料是聚丙烯金属化薄膜，其厚度为3-6μm，使用了先进的防爆金属化镀膜工艺，外壳一般是不锈钢的壳。电容器里有若干小型电容器单元，小型电容器单元中都有金属内熔丝提供安全保障。如果某个小型电容器单元由于故障被击穿，整体的电容器容量不会有较大的改变。目前全世界范围内，还没有形成对电动汽车里大容量电容器试验的统一规范。所以，本文根据其生产特性和实际使用要求，进行了耐电压测试、绝缘电阻、静电容量、等效串联内阻的试验来测试其性能。测试选取的是一颗耐电压800V 容量7.5mF 的电容器。

2.1 耐电压测试。直流电容器的耐电压测试一般按额定电压的1.5 倍进行， 恒压测试时间在例行试验中一般要求为10s，根据不同的直流电源输出电流大小I 的不同进行直流电压爬升时间的计算直流爬升时间：

s（电压：V ；容量C ： μF；电流：mA；时间 ：s） （ 1）

式中U_ 表示直流耐压测试电压。对于额定电压800V，容量7.5mF 的电容器，假设直流电源提供的电流I=100mA，其耐压测试的直流爬升时间

测试结果要求电容不能有击穿，恒压测试中显示的电流值无持续增大趋势。

2.2 绝缘电阻测试。测量电容器漏电的方法是向被测的电容器施加一个固定的电压，然后测量所产生的电流。泄漏电流随时间呈指数衰减，所以通常需要在一个已知的时间期间内施加电压（浸润时间，即预充电时间），然后再测量电流。根据所测试的电流得出电容器的绝缘电阻值。合格与否根据RC 常数进行判断：

（绝缘电阻R ：Ω ；容量C ： F ；：s）（2）

绝缘电阻根据测试计算约为10MΩ

根据式（2）得出

。

2.3 静电容量试验。利用储能电容器进行多次的充放电，充放电电压上限是800V，充放电电压下限是100V。根据相应容量大小的薄膜电容器选择不同的恒值电流进行充放电，本文选择了20A 的恒值电流进行重放电的试验。通过试验我们得到完成一个充放电的循环电容器两个极板之间的电压值与时间的关系，测试得知平均每一个充放电的时间是0.3s，这样我们就能得出电容器的静电容量：

（3）

2.4 等效串联电阻测试。导线、介质、电极和接头之间的总阻抗值是所谓的等效串联电阻测试。因为串联电阻的原因，电容器在充放电的时候会造成一定的动态损失。等效串联电阻的测量可采用交流阻抗法或直流中断法。其中直流中断测定法是根据电容器在断开恒流充电电路10ms 内，电压的突变来计算等效串联电阻的。用恒流值20A 的电流来对电容器进行充电，充电到800V 以后，等待8s，再断开充电电路， 用功率分析仪记录断电后10ms 内的电容器电压从800V 变化为798. 3V，据此可计算该电容器的等效串联电阻值为：

(4)

我们也可以根据需要由Rs 推算出该电容器的损耗。

2.5 实验结果。从实验的结果本文所用到的薄膜电容器静电容量是7.5mF，额定的工作电压是800V。由此可以得知电容器的存藏电能为：

(5)

从公式（5）我们可以看到目前该薄膜电容器样机系统可吸收的制动再生能量很少。为了有效增加电动汽车制动产生的动能能量再循环使用的效率，我们可以把薄膜电容器的静电容量和额定的工作电压加以提高，从而提高制动动能的再循环的质量。其次，该薄膜电容器系统的等效串联电阻很小，在大电流的充放电时动态损失比蓄电池要低，因此可作为电动汽车在加速和爬坡时提供短时大功率的辅助动力源。由于薄膜电容器系统电能再生率不高，只可能在电动汽车的辅助动力源方面加以利用。

3 讨论

结果表明，由于电容器可进行大电流的快速充放电，能起到负载均衡作用, 这对于提高回收制动再生能量、改善电动汽车动力性能、提高蓄电池的使用寿命十分有利。同时由于不需要充放电均衡控制电路且结构简单和成本低等优点, 应用前景较好。

面对车用元器件高可靠性的要求，车用大容量电容器需出台合适合理的电性能测试标准，通过对电容器的有效性能测试，可以发现会早期失效的电容器，因为电容器的早期失效主要是制造工艺缺陷、原材料等引起的参数漂移等因素引起的，所以电容器的有效性能测试可为后续改进措施提供直接依据；亦可作为出货时评定产品是否满足用户要求的主要依据。这就需要相关研发单位进一步利用先进的可靠性技术来制定出更为合理更为可靠的测试方法，从而降低电容器的早期失效率概率。

【参考文献】

[1] 王文伟, 毕荣华. 电动汽车技术基础[M]. 北京机械工业出版社.2010,

[2] 陈永真编著. 电容器及其应用 - 北京：科学出版社，2005