薄膜电容器的产业链中的主要环节为树脂—塑料基膜—金属化膜—薄膜电容器,生产难易程度为塑料基膜>金属化膜>薄膜电容器。
基膜和金属化膜的制造为薄膜电容产业链的关键技术难点。基膜占据薄膜电容材料成本的60%-70%,是薄膜电容制造的核心,
基膜的材料质量和性能直接关系到薄膜电容器的稳定性、适用性、安全性和使用寿命。
基膜生产线绝大多数以进口设备为主,其中德国布鲁克纳占据绝对优势。
薄膜电容产业链
长期以来,应用于新能源、工控等高压、高频、高温场景的高技术壁垒基膜产品市场由日系、
美系等厂商把控,日本东丽,三菱株式会社和美国杜邦是全球优质的基膜供应商。
在低端市场,国内基膜厂商生产工艺和产品性能已经非常成熟,市场供应充足,企业获得更高市场份额难度较大。
在高端市场,如新能源汽车市场,目前基膜厚度的趋势是低于3.0μm,现在应用较多的是2.4μm。
国外企业因为原料和设备端的优势,在高端基膜供应上具有优势,国内能生产3μm以下基膜的企业仅4-5家,企业进入壁垒高。
车用领域主要用于直流支撑(DC-Link)电路
新能源汽车领域的薄膜电容核心应用场景为电驱动系统的直流支撑(DC-Link)电路,
以其优异的快速充放电性能为高速开关器件快速补能,并吸收直流支撑电路中的瞬时过电压,从而对高速开关器件IGBT或SiCMOSFET进行保护。
目前,电动汽车逆变器的DC-Link电容器多采用具有无极性、自愈性、介质损耗小和频率特性好等优点的薄膜电容器。
第一代丰田普锐斯采用铝电解电容器,但在第二代丰田普锐斯已改用薄膜电容器。
此外,Model3、比亚迪“秦”等车型都采用薄膜电容器作为直流支撑电容。直流支撑(DC-Link)电路典型电路图如下所示:
薄膜电容在汽车中的应用位置
新能源汽车直流支撑电路原理图
除直流支撑电路外,车规级薄膜电容的使用场景还包括车载充电机(OBC)、其他电子负载等,作为新能源汽车的核心部件,
车载充电机直接受益于新能源汽车市场的快速扩容,薄膜电容将拥有更为广阔的市场空间。
新能源车单车用薄膜电容价值量拆分
资料来源:立鼎产业研究院
多电机趋势将推动DC-Link电容用量增加
相比于单电机系统,多电机系统不仅能够输出更强劲的动力,还具有更好的加速性能和更高的控制精度,
同时,多电机系统电机负荷的分配比较均匀,因此整体的耐用性也更好。
由于多电机系统具备显著的性能优势,因此获得了各家新能源车厂的青睐,特斯拉全系车型均提供多电机版本,
蔚来全系车型均只有双电机版本,问界M9均采用了双电机配置,比亚迪仰望则采用了四电机配置。
随着多电机系统成本的下降,以及控制算法等应用的成熟,多电机系统渗透率有望快速提升。
一般一个电机需要一个DC-Link电容,多电机化将推动DC-Link电容需求大幅增长。
特斯拉主要车型电机配置情况
资料来源:特斯拉官网、汽车之家
800V趋势推动薄膜电容单价上升
车企通过将整车电压系统从400V 提高至800V 等方式来缓解续航里程和充电时长焦虑。
一方面随着单车带电量的上升使得整车动力电池功率提高,若仍然维持400V电压,
则高功率情况下提高的电流将带来一系列的功率损耗和热管理问题。
另一方面为了实现对新能源汽车更快速的充电,也需要进一步提高母线电压。
展望未来,随着技术的不断完善和市场的持续扩大,800V高压系统有望成为电动汽车行业的主流趋势。
盖世汽车研究院预测,800V高压市场销量有望从2023年的30万辆,快速增长,在2026年增长至220万辆,销量占比则从4%上升至20%。
经查询贸泽电子网,800V平台的薄膜电容单价将比400V平台大约提高10%。
2024年1-5月800V车型分价格段终端销量分布
资料来源:高工产研
800V车型销量与渗透率预测
资料来源:盖世汽车研究院
新能源领域应用广泛
光伏和风电设备的电路设计对电容提出了承受高工作电压、高纹波电流、过电压要求、电压反向、处理高冲击电流、长寿命等要求。
薄膜电容主要应用于光伏逆变器和风电变流器的DC-Link电容中,用于吸收逆变器和变流器从DC-Link端的高脉冲电流,
使逆变器和变流器端的电压波动处在可接受的范围内。
薄膜电容也应用于储能领域,比如储能用逆变器。随着储能装机规模的快速扩大,储能用薄膜电容需求也将快速增长。
光伏发电回路用薄膜电容器
风电发电变流器电路拓扑图
现阶段,全球电力电子被动元器件厂商较多,主要集中在日本、韩国、美国、中国台湾和中国大陆。
其中,日韩台美的厂商大规模投资电力电子被动元器件行业的时间较早,具有一定的技术优势和规模优势,
形成了以松下、TDK、尼吉康、田村、国巨、威世等为代表的大型企业。
这些大型企业在被动元器件领域深耕多年,在高性能、高精度电容的研发创新、
生产工艺成熟度和生产设备的自动化和控制精度方面仍存在一定优势,在国际市场的影响力和话语权较大。
全球薄膜电容各厂商市场份额
资料来源:中商产业研究院、华经产业研究院
中国新能源车规DC-Link薄膜电容厂商市场份额
资料来源:NE时代