Effect of High Electric Field on Lifetime Performance of Metalized Film Capacitor in Pulsed-power Applications

High energy density capacitor is a key device to power supply source for electromagnetic gun (EMG) system, and extending its lifetime is important for increasing the reliability of the power source. Working in high electric field could affect the capacitor lifetime, and this effect on metallized polypropylene film capacitors (MPPFCs) in pulsed-power applications is studied and presented. Experimental re- sults show that the lifetime of MPPFCs decreases with the increasing peak value of charged electric field, and this decrease could be described by function (L/L0) ∝ (E/E0)–m, where, m=7.32. The lifetime of MPPFCs also decreases with the increase of the reversal coeffi- cients in underdamped circuits, which could be described by (L/L0) ∝ (ln(1/K0)/(ln(1/K))–b, where, b=0.7. These results provide a basis for the lifetime prediction of MPPFCs in pulsed-power applications.

储能电容无机电介质薄膜研究进展

无机电介质薄膜相对有机电介质材料具有更高的工作温度范围,相对无机块体陶瓷材料又有更高的击穿场强和储能密度,因而近年来受到研究者的关注.从无机电介质薄膜材料的5种类型:顺电薄膜、铁电薄膜、弛豫铁电薄膜、反铁电薄膜和线性电介质薄膜,分类综述了过去10余年这个领域优化其储能性能的手段与思路,从不同尺度归纳无机电介质薄膜的储能改性策略,最后展望发展趋势,如应用场景的挖掘、能量效率与能量密度的平衡和多尺度改性等.

高储能密度脉冲电容器的研究

介绍了高储能密度电容器研究的发展及现状 ,讨论了复合介质薄膜、分割电极金属化膜和复合喷金层技术等新的研究方向。研究表明 ,优化结构设计、选择合适的介质膜(如金刚石复合膜 )及改善端部的接触 (如增大喷金与电极的接触面及改善电场分布 )可有效地提高电容器的性能及寿命 ,储能密度 2～ 3k J/ L 的电容器可望投入使用。

金属化膜脉冲电容器寿命特性

从热处理工艺、电极结构设计及工作场强等方面对电容器寿命性能加以分析与试验研究。结果表明:金属化膜电容器热处理温度的选择需要综合考虑膜的收缩以及电极厚度;对应不同方阻,热处理温度存在一个最优值,在该值下电容器可获得最佳的自愈性能,进而达到较长的工作寿命;在不同工作场强下,需权衡电极边缘局部放电以及膜中自愈产生的容量损失比例,优化电极结构。在电极结构、热处理工艺等参数优化设计的基础上,研制出的1.0 kJ/L电容器达到10 000次的大电流充放电寿命。

混合电极与全膜电容器的金属化膜自愈特性

金属化膜电容器的工作场强高,故其储能密度很高,但因其电极通过喷金方式引出,故其通流能力差。箔式电容器的通流能力强,但不具有自愈特性,故其工作场强低,储能密度也低。混合电极电容器可以兼具两者的优点,能在较高的场强下工作并拥有较大的通流能力。为加深对混合电容器的了解,通过模拟混合电极电容器和全膜金属化膜电容器的工作状况,研究了混合电极中金属化膜的自愈特性。结果表明自愈能量随放电电流的增加而增大;自愈点的直径随放电电压的升高而增加;自愈能量和自愈电流与放电电容大小的相关性小;相同条件下,全膜电容器金属化膜的自愈能量要小于混合电极电容器金属化膜的自愈能量。

高压大容量金属化膜脉冲电容器提高储能密度的工艺改进与试验研究

高能脉冲功率电源之储能器件即金属化膜脉冲电容器往往具有电压高、容量大的特点,而以现有的基膜材料和制造工艺,其相关产品的体积也普遍偏大,制约了新概念武器在更多中小型武器平台上的推广应用,因此开展提高脉冲电容器储能密度的理论分析和实验研究具有迫切的现实意义。为此,基于典型的双向拉伸聚丙烯薄膜(国产),通过改进金属电极、串联形式以及封装工艺,研究了提高其储能密度的优化方案,并在高压大电流循环浪涌条件下完成了试验验证。结果表明:在同等储能密度条件下,利用该优化方案生产的脉冲电容器较改进前寿命提高了41.7%;在同等寿命条件下,储能密度提高了13.8%,说明该优化方案具有可行性。

聚偏氟乙烯基金属化膜电容器自愈特性的研究

聚偏氟乙烯基聚合物是开发高储能密度金属化膜电容器的重要介质之一,而对其自愈特性的研究是提升储能特性的关键。通过对聚偏氟乙烯/聚甲基丙烯酸甲酯共混(PVDF/PMMA)薄膜与金属化膜电容器心子的耐压试验、自愈点形貌表征与自愈能量等效电路计算,与聚丙烯电容心子对比分析了电容器的击穿场强、自愈能量等特性。发现批量化制薄膜的击穿场强相比实验室制薄膜降低约21%;电容心子贯穿性击穿场强为薄膜击穿场强的54%,心子平均自愈面积大于同等容量聚丙烯心子。在此基础上建立了自愈过程等效电路模型,讨论了PVDF/PMMA电容心子自愈机理。

高比能脉冲电容器一些问题的探讨

介绍了高比能脉冲电容器的工作原理和发展过程,指出现阶段该产品存在的问题。通过对技术经济指标、设计参数选择、制造工艺、等效串联电阻及电容损失等5个方面的分析,认为脉冲电容器技术经济指标应协调比能、充放电次数和使用年限三者间的关系,并建议高比能脉冲电容器采购前进行技术准备。