薄膜電容在新能源電動汽車上的應用

 電動汽車有許多系統都會用到電容， 其中在電驅、 OBC、 充電樁、 空調壓縮機等系統中， 薄膜電容具備良好的應用空間。 我們測算， 2021 年電動汽車使用的薄膜電容價值量約為 28.6 億元， 到 2025 年這一數字有望達到 92 億元， 4 年的復合增長率為 33.9%。

1. 電驅系統使用的薄膜電容價值量約為 200-400 元

電驅是電動汽車最重要的核心部件， 是把電能轉化為機械能來驅動汽車的核心部件， 起著傳統汽車中“發動機+變速箱” 的作用。 在電驅系統中， 將動力電池輸出的直流電轉換成交流電是電驅系統的核心功能。薄膜電容在電驅之中 即承擔著非常重要的功能。 簡要而言， 在控制 IC與 IGBT/SiC 功率模塊的共同作用下， 由電池輸出的直流電變為穩定的交流電供電機轉動。 但急劇的電流變化會造成大幅振蕩電壓， 從而會導致半導體器件耐壓惡化， 并產生噪音， 薄膜電容在此處的作用為對上述劇烈變化的電流進行緩沖， 其重要性堪比 IGBT 模塊。 如下圖所示， 在

電動汽車的驅動系統中， 通常需要下述類型的薄膜電容：

① 直流支撐（DC-link） 電容， 對整流器的輸出電壓進行平滑濾波；

② 緩沖電容， 用于對電路系統進行保護， 也可采用陶瓷電容；

③ EMI， 抑制電容器， 用于消除電路中的高頻噪聲。

圖 1： 薄膜電容在電驅系統中起到非常重要的作用

數據來源： TDK

電驅系統使用的薄膜電容價值量約為 200-400 元。 電動汽車的直流支撐電容多以定制化為主， 標準型號較少。 參考 TDK的 B3277 系列產品，容量在 100-200μ F 的產品價格分布在某經銷商網站上的報價在 280 元-540 元不等， 由于實際銷售產品時的價格應遠低于我們查詢到的價格，因此我們估算直流支撐電容的實際銷售價格應在 200 元-400 元， 我們保守按單顆 250 元估算。 其余緩沖電路、 EMI 等價格較便宜， 普遍在 10元以下， 因此在后續的測算過程中， 我們假設電驅系統使用的薄膜電容價值量約為 260 元。

2. OBC系統使用的薄膜電容價值量估算在 50-100 元OBC系統是電動汽車另 一使用 薄膜電容價值量較大的系統。 如下圖所示， 薄膜電容在 OBC 系統中可承擔抑制 EMI、 DC-Link、 諧振電容、 輸出濾波電容等功能。

圖2： 薄膜電容在 OBC 系統的應用

數據來源： Cntronics

OBC 使用的薄膜電容價值量估算在 50-100 元。 OBC 系統中， 價值量較高的也是直流支撐電容， 如松下 EZPV 系列在某經銷網站的售價在 66元以上。 其他用于 EMI、 平滑等功能的電容價格較低， 如某經銷網站上ECWFG 系列的報價約 6.5 元， ECQUA、 ECQE 等系列電容在某經銷網站的售價均在 2 元以下。 我們依此估算 OBC 系統中對薄膜電容的使用量約為 50-100 元， 在后續的測算過程中， 我們假設 OBC 系統使用的薄膜電容價值量為 60 元。

3. 其他車載系統也有薄膜電容的用武之地

在電動汽車上， DC-DC 開關電源、 48V 變頻器、 無線充電系統、 空調變頻器等系統中也均各自 需要使用不同類型的薄膜電容。 但由于這些系統中使用的薄膜電容器單價均在 10 元以下， 且有陶瓷電容或鋁電解電容的替代方案， 我們在后續的測算中暫不考慮這部分系統對薄膜電容需求的價值量。

4. 直流充電樁市場有望成長

直流充電樁是薄膜電容在新能源車領域的另 一場景。 充電樁包括直流充電樁與交流充電樁， 對電容使用價值量較高的場景主要在于直流充電樁，

主要在于三類功能需求：

? 輸入的三相電路每兩路之間、 每路對地線的 7 顆、 以及輸出直流電的正負 極之間以及各自 對地線的 3 顆， 合計 10 顆 EMI 電容

? LC 諧振電路， 確保輸入 AC-DC 模塊的電流頻率的穩定， 共計 3 顆；

? 直流支撐電容， 價值量最貴的一顆電容

圖 3： 充電樁對薄膜電容的需求包括輸入/輸出 EMI、 諧振、 直流支撐

數據來源： TDK

直流充電樁對薄膜電容的需求量約為 80-100 元。 我們同 樣參考松下EZPV、 ECWFG、 ECQUA、 ECQE 等產品的報價， 估算出單臺直流充電樁對薄膜電容需求的價值量應在 80-100 元。目前充電樁領域使用電解電容的方案仍然比較多 ， 主要原因在于充電樁的維護相對方便， 對壽命的要求比光伏、 汽車等領域的需求較低， 電解電容的價格相對低廉可以降低成本。 未來隨著充電樁市場的發展， 市場對充電樁壽命提出更高的要求之時， 薄膜電容有望在此市場獲得發展。

5. 2025 年電動汽車對薄膜電容的需求量有望超過90 億元為測算薄膜電容在電動汽車領域的市場規模， 我們做以下假設：

? 電動汽車上每個電機搭配的薄膜電容價值量為 260 元， 未來隨著續航里程的增長， 價值量也隨之增長， 但由于行業規模化生產之后成本降低， 相同規格的電容價格也會隨之下降， 因此假設未來每個電機搭配的薄膜電容價值量保持不變；

? 不同配置的電動汽車會搭配 1-4 臺電機， 假設平均每輛車搭載 1.5臺電機；

? OBC 使用的薄膜電容價值量為 60 元。

? 2021 年全球電動車銷量為 675 萬輛， 并根據 ALB 假設到 2025 年全球電動車銷量為 2170 萬輛， 2022-2025 年保持相同的增速。

因此， 我們測算 2021年電動汽車使用的薄膜電容價值量約為 28.6億元，到 2025 年這一數字有望達到 92 億元， 4 年的復合增長率為 33.9%， 是

薄膜電容下游領域內 最重要的增長下游。