Siirtyminen sähköautoihin mullistaa ajoneuvojen voimansiirron ja vaatii uusia komponenttiratkaisuja. Tässä artikkelissa esittelemme korkeajännitesovelluksia käyttävää sähköajoneuvojen tekniikkaa ja esittelemme Samsung Electro-Mechanicsin korkeajännitteisen autojen MLCC-komponentit (monikerroksiset keraamiset kondensaattorit).

Globaaleilla automarkkinoilla on käynnissä massiivinen siirtymä sähköajoneuvoihin. Toistaiseksi polttomoottoriajoneuvoissa on vastattu kiristyneisiin päästörajoituksiin parantamalla voimansiirtoa. Päästösäännökset, ajomukavuutta lisäävät teknologiat ja itse ajaminen ovat johtaneet autojen sähköistymiseen. Elektroniikkayksiköiden määrän lisääntyessä ajoneuvon virrankulutus kasvoi. Akkujännitteet ovat muuttuneet vastaamaan lisääntyneitä virrankulutusvaatimuksia, ja ne liittyvät tehokkaisiin sähköjärjestelmiin.

Ajoneuvojen sähköistyminen ja akkujännitteet

Auton akun jännitteen nousu liittyy sähköistymistrendiin. Sähköistystrendin ymmärtämiseksi meidän on ensin katsottava taaksepäin, kuinka auton akun jännite on muuttunut. Ennen 1950-luvun puoliväliä ajoneuvojen käyttöjännite oli 6 V. Siitä lähtien moottorin iskutilavuudet kasvoivat ja vaativat suuremman sähkökäynnistysmoottorin.

12 V järjestelmä standardisoitui, kun tarvittiin lisää elektronisia laitteita. Historiallisesti varhaiset autot tarvitsivat vain pienen akun moottorin käynnistämiseen ja radion käynnistämiseen.

Koska ajoneuvojen elektroniikkalaitteiden määrä on kasvanut ajan myötä, on myös tullut tarve lisätä tehoa. Tämän ongelman ratkaisemiseksi käytiin keskusteluja jännitteen nostamisesta 12 V:sta korkeampaan jännitejärjestelmään, joka pystyy käsittelemään ylimääräisen tehontarpeen. 1990-luvulla ehdotettiin 42 V järjestelmää, ja vuonna 2011 saksalaiset autonvalmistajat laativat 48 V:n standardin.

Siitä lähtien hybridiautot ja sähköajoneuvot ovat alkaneet käyttää korkeampia jännitteitä. Teho (W) on jännite (V)*virta (A). Tehoa nostettaessa on tehokkaampaa nostaa jännitettä kuin virtaa. Kun virtaa lisätään, tarvitaan paksumpia kaapeleita ja myös liittimen nastat on vaihdettava. Molemmat vaikuttavat laitteiston hintaan. Siispä akun jännitteet nousivat virran sijaan.

Akun jännite kasvaa, 48 V kevythybridijärjestelmät tulevat

Pääsyy siihen, miksi 48V järjestelmä syntyi 2010-luvulla, oli päästöjen rajoittaminen. Polttomoottoreita valmistavien autonvalmistajien oli saavutettava päästötavoitteensa ja nostettava polttoainetehokkuutta parantamalla voimansiirtoja. MHEV- eli ns. kevythybridijärjestelmän sanotaan olevan yksinkertainen ja edullinen hybridijärjestelmä.

Syy siihen, miksi autonvalmistajat suosivat MHEV:ää, johtuu siitä, että se oli helppo valmistaa. MHEV-järjestelmä voidaan valmistaa lisäämällä 48 V järjestelmä olemassa olevaan polttomoottorin voimansiirtoon, jolloin päästöjä voidaan vähentää halvemmalla kuin täyshybridillä. Mutta kysymys on edelleen; miksi valittiin erityisesti 48V? Syynä on se, että monissa maissa 60 V:tä pidetään matalana jännitteenä, joka ei ole vaarallinen ihmiskeholle. Edellä mainittujen lisäksi puhelinlinjoissa on käytetty 48 V:n tehojärjestelmiä viimeiset 100 vuotta, mikä todistaa entisestään, että ajoneuvoissakin 48 V järjestelmä on turvallinen.

Korkea jännite sähköautoissa

Sähköajoneuvojen perusvoimansiirtokokoonpano koostuu suurjänniteakusta, invertteristä ja sähkömoottorista. Sähköautojen voimansiirrot käyttävät korkeaa jännitettä. Sähköauton tehokkuus liittyy DC/DC-muuntimen tehokkuuteen. Sähköautoissa on erilaisia tehonmuunnossovelluksia, kuten LDC, OBC ja invertteri. Erilaisia DC/DC-muuntimen topologioita käytetään integroimaan samanlaisia sovelluksia. Esimerkiksi OBC (On Board Charger) ja LDC (Low-Voltage DC/DC Converter) ovat kehitteillä järjestelmäintegraatiota varten, joilla on etu vähentää komponentteja ja säästää tilaa.

Korkeajännitteinen MLCC takaa luotettavuuden

Miten suurjännite-MLCC:n rakenne eroaa yleisen MLCC:n rakenteesta? Luotettavuus on taattava korkeajänniteympäristöissä. Korkeajännitesovelluksiin käytettävä MLCC on alttiina valokaaririskille, ja MLCC:n sisällä voi tapahtua oikosulku.

Korkealla jännitteellä MLCC:n ympärille muodostuu voimakas sähkökenttä, joka ionisoi ympäröivän ilman. Erityisesti voimakas sähkökenttä on keskittynyt MLCC:n molempiin johtimiin. Jos se ylittää ionisoidun ilman aloitusjännitteen, syntyy sähkökaaria, jotka lopulta johtavat oikosulkuun MLCC:n sisällä. Tämän ilmiön estävä rakenne on MLCC:n sisällä oleva suojakuvio.

Kelluva rakenne on suunnittelu, joka pienentää oikosulkuriskiä MLCC-murtumisissa, mutta se on hyödyllinen myös korkeajännitetuotteissa. Kelluva rakenne jakaa jännitettä, joten MLCC:n sisällä oleva jännite on vain puolet johtimiin syötetystä jännitteestä. Esimerkiksi kun 1000V syötetään MLCC:n molempiin päihin, jos kelluvaa mallia käytetään, MLCC:n eristävään kerrokseen syötetään vain puolet eli 500V. Tämä on ehdottomasti etu luotettavuuden kannalta, koska eristekerrosten väliin kohdistuva sähkökenttä pienenee. Jännite ja lämpötila ovat avaintekijöitä MLCC:n käyttöiän määrittämisessä.

Samsung Electro-Mechanicsin korkeajännite-MLCC takaa luotettavuuden suurjännitesovelluksissa. Lisätietoa ja yksityiskohtia yrityksen kokoonpanosta löytyy nettisivuilta. Lisätietoja on saatavissa täältä.

 

 

Komponentti

Koko (mm)

Kapasitanssi (jännite)

Lämpötila

    Datalehti

CL31C471JIH3PNE

1206 tuumaa (3216 mm)

470pF (1000V)

C0G (-55 ~ +125℃)

 

CL31B222KIFXPNE

1206 tuumaa (3216 mm)

2.2nF (1000V)

X7R (-55 ~ +125℃)

 

CL31C472JHH1PNE

1206 tuumaa (3216 mm)

4.7nF (630V)

C0G (-55 ~ +125℃)

 

CL31B103KHFXPNE

1206 tuumaa (3216 mm)

10nF (630V)

X7R (-55 ~ +125℃)

 

 

 

ETNtv

Watch ECF videos

Korteilla vauhtia IoT-kehitykseen

Sulautetun laitteen kehitys onnistuu useimmiten helpoiten valmiiden moduulien avulla. Nykyään niitä saa myös tehokkailla Apollo Lake -sarjan prosessoreilla varustettuna.

Lue lisää...

Suomen suurin valtti kybersodassa on luottamus

Teknologia19 – Aalto-yliopiston kyberturvallisuusprofessori Jarno Limnéll uskoo, että luotettavuudesta voi tulla suomalaisten yritysten suurin myyntivaltti tulevaisuudessa. – Tärkein kysymys on tulevaisuudessa, kehen ja mihin voimme luottaa. Luottamuksesta on tulossa hyvin arvokas aineeton pääoma yrityksille, Limnéll sanoi eilen messukeskuksessa.

Lue lisää...

LATEST NEWS

NEW PRODUCTS

 

NEWSFLASH

Ciklum, established in 2002, is a custom product engineering company with a global presence across 15 countries in 3 continents. We specialize in crafting bespoke digital solutions that push boundaries and transform industries, including full-scale IoT solutions. Whether it's cutting-edge embedded systems, data architecture or IoT, we seamlessly integrate our solutions into your existing infrastructure.

 

 

Check Point Software Technologies Ltd. is a leading provider of cyber security solutions to corporate enterprises and governments globally. Check Point Infinity’s portfolio of solutions protects enterprises and public organisations from 5th generation cyber-attacks with an industry leading catch rate of malware, ransomware and other threats.

 

 

 

AcalBfi is a leader in the development of custom technology solutions for electronic applications. Our engineers and our approach will ensure we can solve your technical challenges with custom solutions that integrate multiple technologies.

 

Analog Devices, Inc. is a global semiconductor leader that bridges the physical and digital worlds to enable breakthroughs at the Intelligent Edge. ADI combines analog, digital, and software technologies into solutions that help drive advancements in digitized factories, mobility, and digital healthcare, combat climate change, and reliably connect humans and the world.

 

EBV Elektronik was founded in 1969 and is one of the leading specialists in European semiconductor distribution. This success is based on the underlying company philosophy, which was developed a long time ago and which still applies today: operational excellence, flexibility, reliability and execution – with the goal of achieving the highest degree of customer satisfaction. 

  

The Rohde & Schwarz technology group develops, produces and markets a wide range of electronic capital goods. With its extensive product portfolio, the company makes an important contribution to a safer and connected world. In the test & measurement, secure communications, networks & cybersecurity and broadcast & media markets, customers worldwide rely on Rohde & Schwarz and its cutting-edge solutions.

 

 

 

Mespek is an industrial electronics company. Our main product areas are embedded modules, industrial computing, test & measurement modules and server management systems (KVM-switches). Besides our domestic customers we have clients also in several countries such as Benelux, China, Estonia, Ireland, Norway, Russia, Sweden, Switzerland, et cetera..

 

We offer unique and cost-effective customized solutions based on electronic components and systems, as well as standard products from selected manufacturers. We also have own production company for electronics and cabling in Sweden. We have 90 years of experience, deep engagement, knowledge together with trustworthy and effective logistics worldwide. We are ISO 9001 and ISO 14001 certificated.

 

Richardson RFPD, an Arrow Electronics Company, is an electronic component distributor focused on RF and Wireless Communications, industrial IoT, Power Conversion and renewable energy markets. With our global reach and extensive technical capability, we serve our customers through component development and selection, technical support, and world-class logistics and supply chain capabilities. Whether designing with discrete components or looking to take advantage of integrated circuits or systems RichardsonRFPD’s worldwide design centers and technical sales team provide comprehensive support to bring your product ideas to market.

u‑blox is a global technology leader in positioning and wireless communication in automotive, industrial, and consumer markets. Their smart and reliable solutions, services and products let people, vehicles, and machines determine their precise position and communicate wirelessly over cellular and short range networks. With a broad portfolio of chips, modules, and secure data services and connectivity, u‑blox is uniquely positioned to empower its customers to develop innovative and reliable solutions for the Internet of Things, quickly and cost‑effectively.

KYOCERA AVX is a leading global manufacturer of advanced electronic components, including antennas, fuses, capacitors, filters, couplers and RF switches, engineered to accelerate technological innovation and build a better future. Supplying more than one million antennas per day, KYOCERA AVX is an industry-leading supplier of innovative antenna solutions, covering all major frequency bands and applications. KYOCERA AVX antennas utilize a wide array of materials -including LDS, stamped metal, ceramic, PCB, and FPC- to support a variety of custom and standard configurations (external indoor/outdoor, embedded on/off-board).

 

 





ECF template