Knowles楼氏电容的陶瓷电容与超级电容 在新能源汽车整车中各担何角色

Knowles楼氏电容的陶瓷电容与超级电容 在新能源汽车整车中各担何角色
2026-10-24 21:23:54 星沙时报

新能源汽车电气架构正经历深刻变化。800V高压平台加速落地,OBC功率向11kW甚至22kW攀升,牵引逆变器从硅基IGBT向碳化硅切换,对电容器耐压、耐温和高频性能提出更高要求;超级电容在48V轻混和制动能量回收中的角色也在重新定义。Knowles楼氏电容同时布局陶瓷电容器和超级电容器两条产品线,两者在整车中的角色差异,对电气架构设计和选型有实际参考价值。

陶瓷电容和超级电容分别在整车哪些位置

新能源汽车电气系统可粗略分为三个层级:高压动力域(电池包、牵引逆变器、电机)、充电域(OBC、DC-DC转换器)和低压辅助域(12V/48V系统、BMS、ADAS)。陶瓷电容器和超级电容器在这三个层级中的分布差异明显。

陶瓷电容器的主战场在高压动力域和充电域。牵引逆变器中,直流链路电容器承担中间缓冲,抵消电感影响并抑制电压尖峰和电磁干扰;OBC中,符合AEC-Q200的大容量MLCC用于PFC电路输入电容;BMS中,MLCC用于电压采样和信号滤波,需在振动环境下保持稳定容值。

▲来源:Knowles楼氏电容官网

超级电容器则偏向脉冲功率缓冲,48V轻混系统中,它承担起停大电流启动、EPS瞬时功率支撑和制动能量回收;12V/48V双电压架构中,可在碰撞或电气故障时稳定电力系统,为安全组件提供应急电力。两者共同点是:需要大电流瞬时释放,但对能量密度要求远低于动力电池。

陶瓷电容的技术焦点:800V平台下的耐压与可靠性

800V高压平台的推广,对陶瓷电容器提出了比400V平台更严苛的要求。介电耐压(DWV)需要达到4kVdc和3kVrms级别,才能满足更高耐压测试和设计安全余量的需求。同时,碳化硅器件的高频开关特性要求电容器具备低ESR和高RMS电流承受能力。

Knowles楼氏电容的StackiCap™系列是针对这类需求的产品。该系列采用内叠层结构,电压范围覆盖250V至1.2kV,电容值在微法拉级别,X7R介质材料在宽温范围内提供稳定的电容值。

▲ StackiCap MLCC

FlexiCap™柔性端头设计是另一个值得关注的技术细节:在AEC-Q200标准测试中,FlexiCap™的弯曲测试挠度超过标准限值两倍以上,Knowles楼氏电容可对AEC-Q200组件提供5毫米弯曲测试挠度的保证。对于安装在振动环境中的BMS和逆变器电路板,这种抗弯曲能力直接关系到焊点可靠性和长期使用寿命。

高温能力是另一个关键指标。Knowles楼氏电容的X8R多层陶瓷电容器获准在150°C环境下使用,而针对超过200°C的应用,Knowles楼氏电容提供专门优化的高温MLCC系列。电动汽车和混合动力汽车的电力电子设备,包括转换器、电机控制和充电电路,工作温度常超过200°C。传统车规电容器在125°C下已接近极限,而碳化硅功率模块附近的电容需要在更高温度下保持稳定,这是800V平台对电容器提出的新挑战。

▲高温多层陶瓷电容器

在质量体系层面,楼氏电子(苏州)有限公司已通过BSI颁发的IATF 16949:2016认证,认证范围明确覆盖多层陶瓷电容器的设计和制造,证书有效期至2027年9月17日。Knowles楼氏电容苏州工厂与英国Norwich、马来西亚Penang工厂共同持有IATF 16949认证,产品符合AEC-Q200标准。对于需要进入汽车供应链的零部件项目,这套认证体系是基础准入门槛。

▲AEC-Q200认证

超级电容的技术焦点:脉冲功率场景的快充快放

超级电容器在新能源汽车中的核心价值,不在于替代动力电池储存能量,而在于处理动力电池不擅长的高频次、大电流充放电场景。锂离子电池在频繁的瞬时大电流充放电中会加速老化,而超级电容器的静电储能机制使其在数十万次循环后仍能保持稳定的功率输出。

Knowles楼氏电容旗下康奈尔品牌的DGH和DSF系列3芯超级电容器模块,采用三单元封装设计,额定电压最高可达9.0 WVDC,显著高于典型径向安装超级电容器的电压水平。

电容值覆盖0.33至5法拉,电容容差为-10%至+30%。模块内置被动式单元均衡电路,PCB安装方式节省空间,支持超过500,000次充放电循环,预计工作寿命至少10年,工作温度范围为-40°C至+65°C或+85°C。这些特性使其适用于小型电动汽车、自动导引车(AGV)和EV交通动力等场景。

另一个值得关注的产品线是DSM系列标准模块。该系列将超级电容器单元以3、6或10个串联的方式集成在标准封装内,提供9V、18V和30V三档额定电压输出,内置被动式单元均衡电路和Molex Mini-Lock连接器线束总成。

▲DSM系列标准模块

对于需要快速验证超级电容器方案可行性的项目团队,DSM模块可以跳过均衡电路设计和外围连接器选型环节,直接进入系统级测试。DSM标准模块被设计为锂离子电池在大能量存储应用中的安全替代方案,可快速集成到能量采集、存储和备份系统中。

在混合动力和纯电动商用车领域,超级电容器的实际价值已有验证。金旅客车在混合动力客车中采用超级电容作为储能元件之一,在大幅减轻整车质量的同时提升了驱动功率,制动时电能回收效率提高近40%。这一案例说明,超级电容器在重载频繁启停场景中的工程价值是经过实车验证的。

两种器件如何协同:以48V轻混系统为例

48V轻混系统是观察陶瓷电容和超级电容协同工作的典型场景。在这一架构中,48V电池(通常是锂离子电池)为电动助力转向、电动涡轮、空调压缩机等大功率负载供电,而超级电容器模块并联在48V母线上,承担启动瞬间的大电流冲击和制动能量回收的快速充放电。

陶瓷电容器在这个系统中的角色是分布式的:在48V DC-DC转换器中做输入输出滤波,在EPS电机驱动电路中做去耦,在BMS采样电路中做信号调理。这些陶瓷电容的规格选择取决于电路的工作频率、电压等级和温度环境。例如,DC-DC转换器的开关频率通常在100kHz到2MHz之间,需要低ESR的C0G或X7R介质MLCC来抑制高频噪声。

▲新能源整车架构电容方案

超级电容器模块的角色则是集中的:它作为一个独立的储能单元,在电池和负载之间提供功率缓冲。当车辆启动时,超级电容释放大电流辅助电池;当车辆制动时,超级电容快速吸收回收的能量,避免大电流直接冲击电池。

从采购和选型的角度看,这两种器件的评估维度完全不同。陶瓷电容关注的是耐压等级、温度特性、容差精度、封装尺寸和AEC-Q200认证状态。超级电容关注的是额定电压、电容值、循环寿命、自放电率和模块化程度。Knowles楼氏电容同时提供这两类产品,对于需要多品类电容协同设计的整车或Tier 1客户,可以减少供应商管理成本。

本土化支持在选型阶段的实际意义

新能源汽车项目的开发周期通常在18至24个月,电容器选型如果出现问题,可能影响整个项目的节点。陶瓷电容的选型涉及介电材料选择(C0G、X7R、X8R)、电压降额策略、PCB布局对弯曲应力的影响等多个工程判断,仅仅依靠规格书参数对比往往不够。

Knowles楼氏电容苏州工厂依托本土工程师团队,为中国汽车客户提供从选型咨询到样品测试的技术支持。在样品申请和设计验证阶段,本土团队的响应速度对项目进度有直接影响。对于正在评估电容器供应商的整车或Tier 1团队,建议从具体电路场景的选型咨询入手,通过实际的样品测试和技术沟通,判断供应商的工程支持能力是否匹配项目需求。

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