汽車行業的電氣化趨勢沒有減弱跡象。每過一個月，至少有一家汽車制造商會宣布一項重大發展，或者是開發出全新的電動汽車，或者是現有車型的升級換代。

市場分析機構Markets and Markets 的最新研究表明，汽車行業電氣化可能會以 11.9% 的復合年增長率增長，從 737 億美元增長到2025 年的 1296 億美元，這種快速增長也從另一側面證明，隨著電動汽車繼續贏得消費者的廣泛接受，對研發活動也在進行巨大投資。

然而，任何技術進步并不會孤立發生。供應鏈在支持 OEM 方面開展了大量工作，系統和組件專家都在更廣泛的領域提供創新解決方案。

以電解電容器為例，這些微型組件經過發展改進，已經能夠在電動汽車上發揮重要作用，作為高密度電力輸送的可靠來源，具有較長的壽命周期和快速充電/放電時間。特別是混合鋁聚合物電容器，它已成為汽車應用中極具前景的組件，聚合物和液體電解材料相結合，可為輕度混合動力汽車 48V 架構提供出色的電氣性能。

事實上，最新的混合鋁聚合物電容器最值得關注之處在于以小封裝提供非常高的紋波電流能力，當與現有的 48V 汽車逆變器設計并聯使用時，可以減少所需組件數量。最終，這種方案可以帶來更精簡、更高效的汽車設計。

低等效串聯電阻的重要性

下面我們深入探討混合鋁聚合物電容器的設計和性能特點及其在汽車行業中的應用。與傳統電解電容器一樣，這些器件在金屬罐中包含鋁箔和紙的纏繞結構。電容器的創新來自于電解質，它結合了傳統的液體（wet liquid）和現代導電聚合物（圖 1）。聚合物提高了電導率并降低了等效串聯電阻 (ESR)，而濕電解質則使接觸表面積最大化，并增大了電壓耐受性。                                               

圖 1：混合鋁聚合物電容器結構。

這些先進材料和混合結構的組合產生了一些改變游戲規則的好處。等效串聯電阻是一個關鍵參數，因為它直接影響電容器的峰值紋波能力，以及它的發熱和溫度性能。下圖展示了在整個頻率范圍內，與傳統電解質相比，混合結構電池的串聯電阻極低（參見圖 2）。 

圖 2：混合結構和傳統電解電容器的 ESR 性能比較。

當這些電容器在其紋波吸收極限值工作時，混合結構設計的超低 ESR 可顯著改善發熱。高紋波電流的瞬態仿真表明混合結構設計的溫度可降低 20℃（參見圖 3）。 

圖 3：混合結構和傳統電解電容器的紋波電流溫度比較。

在電動汽車等特定案例中，負載可變性和電壓調節給工程師帶來了巨大的設計挑戰。車載計算機、發動機控制單元、DC/DC 轉換器和 48V 逆變器等需要在嚴苛環境條件下進行紋波穩定和電源去耦。在高紋波條件下，混合結構鋁電容器的溫度性能使其非常適合于在嚴苛環境中敏感下游電子設備需要適當平滑和電源去耦的應用。

除了溫度性能，汽車應用還需要高可靠性才能滿足 AEC-Q200 標準。在某些情況下，熱沖擊會導致電容器內部的氧化層產生缺陷，從而導致泄漏電流過大。然而，混合結構聚合物電容器具有軟自愈機制，液體電解質的存在允許氧化物的電化學生長。該過程不需要達到特定的最小電流，并且可以在相對較低的局部電流密度下進行，從而可以順利恢復任何缺陷。因此，能夠穩定泄漏，電容器的可靠性得到有效保證。

把這些牢固的機制與防振安裝結構相結合，可以輕松滿足汽車認證，其額定壽命可超過 3,000 小時，抗震性達30g，工作溫度范圍為 -55～ +125℃。還值得注意的是，盡管混合結構電容器比傳統電容器較為昂貴，但它們強大的性能允許更嚴格的額定裕度，并且能夠以具有價格競爭力的設計實現在額定值 90% 時可靠運行。

混合電容器產品動態

由于混合電容器在汽車應用中具有如此明顯的巨大潛力，KEMET 開發了一系列新產品來滿足市場需求。所有這些符合 AEC-Q200 標準的電容器都具有高功率密度和低泄漏特性，并采用不同的緊湊型設計封裝，可為工程師提供了更大靈活性和選擇余地。

PHA225 為軸向架構，采用極化全焊接設計，鍍錫銅質引線，負極連接至外殼。 PHA225 繞組裝在圓柱形鋁罐中，帶有高純度鋁蓋和耐用的橡膠墊圈。而PHH225 的不同之處在于它包含一個徑向表冠，可以將其安裝在直立位置。

PHA 和 PHH 225 都具有較小尺寸和單位體積的高紋波電流，在面向汽車和工業技術的設計應用中這些都是非常有價值的屬性。通過在現有的 48V 汽車逆變器設計中并聯使用體積更小、功率密度更高的混合結構鋁電容器，可以減少所需組件的數量，并保持高紋波電流性能。PHA 和 PHH都非常適合于大功率汽車應用，包括48V 逆變器、冷卻風扇、水泵、動力轉向以及制動和噴射系統的直流鏈路（DC-Link）等。

這兩個組件還可提供其他值得注意的性能特征，包括在 +125℃下超過 3,000 小時的運行時間、高達 140℃的高溫特性、高達 40Arms的電流、連續負載和自愈行為等功能。

下面介紹一下 A780 系列（參見圖 4），它是 KEMET 首次發布的表面貼裝 (V-Chip) 混合結構鋁聚合物電容器。該電容器系列可承受劇烈振動（高達 30g），滿足汽車動力總成等應用的嚴格設計要求，包括發動機控制單元、DC/DC 轉換器、MHEV 的 48V 逆變器、開關模式電源和計算機穩壓模塊等。 

圖 4：KEMET 的 A780、PHA225 和 PHH225。這些都是符合 AEC-Q200 標準的電容器，在混合結構設計中結合了高導電聚合物技術和液體電解材料。

KEMET 擁有正確的解決方案

隨著汽車電氣化的步伐不斷加快，這也是汽車行業激動人心的時刻。除了功率電感器和電磁兼容解決方案等其他產品外，新推出的符合 AEC-200標準電容器表明，KEMET對汽車技術進行大量投資的一貫承諾。

KEMET 公司在電容器等關鍵技術領域擁有業界驗證的創新歷史，正是這些創新使KEMET能夠跟上現在和未來迅速發展和快速增長的電動汽車市場步伐。