为新能源汽车保驾护航，汽车电容的发展

电子发烧友网报道（文/李宁远）作为三大无源器件之一的电容，是任何硬件电路都离不开的基础被动元器件。各个应用领域内都有着电容的身影，这些元件不仅关系到硬件电路整体的稳定性，还决定了电子设备质量的优劣。
 
新能源汽车是现在电容非常火热的应用方向，电容的滤波、吸收和谐振这些基础功能助力构建起了新能源汽车的核心电控系统。从整车角度来说，汽车电容既增强了汽车性能，又有助于保障汽车的使用寿命。
 
新能源汽车中的电容应用
 
不同的电压等级和不同容值下，有很多种电容类别，从小容值到大容值大致上分为陶瓷电容、薄膜电容、铝电解电容。当然在超高容值范围里还有目前比较有话题度的双电层电容，也就是超级电容。在高压低容值范围内，陶瓷电容的覆盖面非常广，而铝电解电容有很高的容值，但是工作电压相对较低，薄膜电容则介于二者之间，虽然容值上限不及铝电解电容，工作电压上限不及陶瓷电容，但是综合来看具有高容值且电压等级也不低。
 
新能源汽车里，陶瓷电容类别下的细分类别MLCC电容以及DC薄膜电容是目前最火的两个品类。MLCC容值上限在100uF左右，电压上限则在1000V左右，DC薄膜电容的覆盖范围要更广一些。铝电解电容作为一类传统的汽车电容技术也在不断进步，铝电解电容器的容量是由阳极箔决定的，采用特殊的蚀刻工艺加工最大限度扩大其表面积让铝电解电容器具有远超其他电容的单位体积容量并实现极具吸引力的单位容量比成本。
 
DC薄膜电容在新能源汽车中的使用场景主要集中在电控、车载DC/DC和OBC中。新能源汽车需要考虑到抗震、高温、高压大电流、高可靠性等诸多要求，电解电容虽然容值足够但其他方面无法完全满足需求。DC薄膜电容开始不断取代电解电容，更好地去适配新能源车应用，目前业界多以特性非常优异的聚丙烯薄膜电容为主。DC薄膜电容良好的自愈能力意味着器件耐过压能力强，高频性好，可以明显提高电动汽车的性能、延长蓄电池的使用期限，从而解决新能源车续航里程短的问题。
 
MLCC，目前最热的电容器。受益于汽车市场的蓬勃发展，MLCC成为用量最大、发展最快的电子元件之一，也因其小型化和大容量化，正逐步抢夺铝电解、钽电解、薄膜电容的市场。市面上有个说法，“汽车是MLCC的集合体”，车规级MLCC的重要性可见一斑。车载用高信赖性MLCC包括软端子电容、支架电容和三端子电容。软端子电容在端电极中加入了柔性树脂层，可减少因应力导致的“弯曲裂纹”问题，支架电容在端电极上安装了金属框架，具备大容值、低ESL和高信赖性的特点，而三端子电容则采用贯通式结构，具备低ESL特点，可在广频带中起到降噪去耦的作用。这些MLCC在汽车中的应用相当广泛而且用量非常大，从ADAS到各种控制系统，从定位模块到电池管理模块等等。
 
超级电容则凭借高功率密度、宽温域等热性，为汽车电源等场景提供了不少助力。目前这个赛道还处于起步阶段，市场需求的确在不断扩大，但相关产品的不完善之处还是存在，前景还是很不错的。
 
汽车电容市场概况
 
先看铝电解电容，根据中国电子元件行业协会的相关数据，2020年全球铝电解电容的市场规模在62.7亿美元，2021年市场规模在63.3亿美元左右，2022年全球市场规模约在64亿美元。汽车铝电解电容在整个下游应用中的占比在5%左右，2022年全球汽车铝电解电容市场规模大概在3.2亿美元。
 
汽车铝电解电容以Chemi-con、Nichicon、TDK、Vishay、Rubycon和Panasonic这些厂商为主导，大部分为日系厂商。国内的主要厂商有艾华集团、江海股份这些。
 
根据中汽协的相关数据测算，2020全球市场规模全球新能源汽车用薄膜电容器市场规模在13.7亿元，2022年市场规模在40亿元左右，预计在2025年超过90亿元。
 
薄膜电容厂商市占率靠前的有松下、TDK、基美、法拉电子、Nichicon，这些厂商占据了全球市场份额的半壁江山。虽然国际厂商具备技术优势，但随着国内成本优势厂商的崛起，薄膜电容器供应链向国内核心厂商集中，以法拉电子和江海股份为代表的中国厂商正在完成技术追赶，持续提升市场份额。
 
MLCC市场大家应该有所了解，消费电子产品需求持续低迷，车规级MLCC需求迅速增长，对比明显。以村田为首的几大日系MLCC厂商正快马加鞭向“车规级市场”转型。村田、TDK、太阳诱电这几大日系MLCC厂商都纷纷表示过因智能手机、PC产量减少，库存调整压力加大，导致MLCC等电子零件需求预估将较原先预期下滑，纷纷下调了业绩预测。各大厂商在消费电子市场需求下降的情况下，都开始缩减支出，将产品线加快向车用市场转移。
 
根据Paumanok数据，MLCC 2021年全球市场规模已达1147亿元，其中汽车领域应用占比为12%，2021年汽车MLCC市场规模为137.64亿元。同时根据中国电子元件协会数据，纯电动车的MLCC单车用量约为18000只，预计到2025年，全球汽车用MLCC需求量将达到4730亿只。
 
国产MLCC厂商目前处于第三梯队，供应的产品虽然以中低端居多，也在加大研发投入，从而实现产品竞争力的提升。如风华高科、微容电子等厂商从2022下半年已陆续推出低容值车规产品并实现产能提升。
 
而在超级电容这一块，据QYResearch统计，2021年全球超级电容器市场销售额达到了12亿美元，预计2028年将达到58亿美元，年复合增长率可达24.3%。Maxwell是市场占有率最高，其他的国际厂商还有松下、NEC Tokin、NessCap等，国内的宁波中车、上海奥威科技、江海股份等的超级电容器产品也都相当不错。
 
汽车电容发展趋势
 
从技术方向来看，不管是铝电解电容、MLCC、还是薄膜电容，为了适应汽车应用都在不断升级迭代。以铝电解电容为例，使用导电性好的聚合物和电解液代替纯液体电解液以最大限度提升电容器的纹波电流能力，TDK去年就推出了混合聚合物铝电解电容器进一步减少并联电容器的数量，实现了更高效率和更大功率的电容器组设计。Vishay则在今年推出了汽车级微型铝电解电容器，纹波电流性能提升的同时进一步减小了尺寸。
 
薄膜电容则在材料、自愈性、失效开路、低耗散系数上进一步做突破，从EMI滤波到PFC电容，到DC-link电容，LLC谐振阶段的电容，以及最后的输出电容，这些地方都会受益于薄膜电容性能提高。同时为了辅助OBC往小体积高功率方向的发展，薄膜电容现在也是尽可能往小体积做（前提是通过双85测试）。
 
车规MLCC的技术门槛很高，对安全可靠性的要求一直都很严苛，目前车规MLCC正在向小型化、大容量发展。因为随着新能源汽车的发展，汽车的控制也需要达到PC、手机同等的控制功能，这一需求需要更多的电容来实现降噪，为了减少去耦电容的数量，基板的小型化是非常有必要的。虽然MLCC在消费内市场呈疲软态势，但在汽车电子领域，它独特的优势不可替代，依旧火热。
 
小结
 
薄膜电容弥补了电解电容的不足，在新能源车OBC、DC/DC上得到广泛应用，火热的MLCC依靠其独树一帜的降噪、抗干扰能力一路为驾驶保驾护航。除此之外，还有一些基于压电陶瓷技术、反铁电电容器技术的特殊电容也为新能源汽车系统提供了极其紧凑实用的解决方案。在新能源汽车飞速发展的形势下，各类电容也需要在小型化、高容化、高耐电压性以及高可靠性上持续升级。