Condensatoare ceramice multistrat (MLCC) de înaltă tensiune pentru grupul motopropulsor al vehiculelor electrice (EV)

Piața auto globală trece printr-o tranziție masivă către vehiculele electrice. Până în prezent, vehiculele cu motor cu ardere internă (ICE) și-au îmbunătățit sistemele de propulsie pentru a face față reglementărilor privind emisiile. Normativele privind emisiile, tehnologiile legate de confortul și sistemele de conducere autonomă au impulsionat creșterea electrificării automobilelor. Pe măsură ce a crescut numărul de dispozitive electronice, a crescut și cantitatea de energie consumată de un vehicul. Tensiunile bateriilor s-au schimbat pentru a face față cerințelor de consum sporit de putere, iar acestea sunt asociate cu sisteme de alimentare eficiente. În cadrul acestui articol vom discuta despre tehnologia vehiculelor electrice care utilizează aplicații de înaltă tensiune și vom prezenta condensatoarele MLCC Auto de înaltă tensiune de la Samsung Electro-Mechanics.

Electrificarea vehiculelor și tensiunile bateriilor

Creșterea tensiunii bateriei autoturismului este legată de tendința de electrificare. Pentru a înțelege tendința de electrificare, trebuie mai întâi să ne uităm în trecut la modul în care s-a modificat tensiunea bateriei unui automobil. Înainte de mijlocul anilor 1950, tensiunea de operare a unui vehicul era de 6V. De atunci, cilindreea motoarelor a crescut și a necesitat un motor de pornire electric de mari dimensiuni.  Sistemul de 12V a devenit un standard în contextul existenței mai multor dispozitive electronice. Din punct de vedere istoric, primele mașini aveau nevoie doar de o baterie mică pentru a porni motorul și să alimenteze radioul.
Cu toate acestea, pe măsură ce numărul dispozitivelor electronice din vehicul a crescut în timp, a sporit și nevoia de mai multă putere. Pentru a rezolva această problemă, au avut loc discuții pentru a crește tensiunea de la 12 V la un sistem de tensiune mai mare, capabil să facă față cererii suplimentare de putere. În anii ’90, a fost propus sistemul de 42V, iar în 2011, producătorii germani de automobile au impus standardul de 48V. De atunci, mașinile hibride și vehiculele electrice au început să utilizeze tensiuni mai mari. Puterea (Watt) este egală cu tensiunea (V) x curentul (A). Atunci când se mărește puterea, este mult mai eficient să se mărească tensiunea decât curentul. Atunci când se mărește curentul, sunt necesare cabluri mai groase, iar pinii conectorilor trebuie, de asemenea, să fie schimbați. Ambele au un impact asupra costului hardware. Așadar, a crescut tensiunea bateriei în locul curentului.

Creșterea tensiunii bateriei, sistem hibrid ușor de 48V

Principalul motiv pentru care a apărut sistemul de 48V în anii 2010 se datorează reglementărilor privind emisiile. Constructorii de automobile care produc motoare cu ardere internă trebuiau să își atingă obiectivele privind emisiile și să crească eficiența combustibilului prin îmbunătățirea grupurilor motopropulsoare. Se spune că Mild Hybrid (MHEV) este un sistem hibrid simplu și ieftin. Motivul pentru care producătorii de automobile au preferat MHEV este acela că era ușor de fabricat. Sistemul MHEV poate fi fabricat prin adăugarea unui sistem de 48V la grupul motopropulsor existent cu motor cu ardere internă , iar reducerea emisiilor poate fi obținută la un cost mai mic decât în cazul sistemului hibrid complet. Dar întrebarea rămâne: de ce a fost ales sistemul de 48V în special? Motivul este acela că, în multe țări, 60V este considerată o tensiune joasă, care nu este periculoasă pentru corpul uman. În plus, liniile telefonice au folosit sisteme de alimentare de 48V în ultimii 100 de ani, ceea ce dovedește și mai mult aspectul de siguranță al sistemelor de 48V în vehicule.

Aplicație de înaltă tensiune în automobilul electric

Configurația de bază a grupului motopropulsor al autovehiculelor electrice este formată din baterie de înaltă tensiune, invertor și motor electric. Sistemele de propulsie ale vehiculelor electrice utilizează înaltă tensiune. Eficiența unui EV este legată de eficiența convertorului DC/DC. Vehiculele electrice au diverse aplicații de conversie a puterii, cum ar fi LDC, OBC și invertor. Diferite topologii de convertoare DC/DC sunt aplicate pentru a integra aplicații similare. De exemplu, încărcătorul de la bordul mașinii (OBC – On Board Charger) și convertorul DC/DC de joasă tensiune (LDC – Low-Voltage DC/DC Converter) sunt în curs de dezvoltare pentru integrarea sistemului, oferind avantajul de a reduce numărul de componente și de a economisi spațiu.

Structura unui MLCC de înaltă tensiune pentru o fiabilitate garantată

Prin ce se deosebește structura unui MLCC de înaltă tensiune de cea a unui MLCC obișnuit? Fiabilitatea trebuie să fie garantată în medii de înaltă tensiune. MLCC-ul utilizat în aplicații de înaltă tensiune este expus riscului de apariție a unui arc electric, putând provoca un scurtcircuit. În condiții de înaltă tensiune, în jurul MLCC-ului se formează un câmp electric puternic, care ionizează aerul din jur. În particular, asupra ambelor terminale ale MLCC se concentrează un câmp electric puternic. Dacă acesta depășește tensiunea apărută ca urmare a ionizării aerului, se produc arcuri electrice, care duc în cele din urmă la un scurtcircuit în interiorul MLCC. O structură menită să prevină acest fenomen este un model de ecranare în interiorul MLCC.

Structura flotantă oferă o soluție care reduce riscul de apariție a scurtcircuitului atunci când un MLCC cedează, dar este util și pentru produsele de înaltă tensiune. O asemenea construcție distribuie tensiunea astfel încât tensiunea din interiorul MLCC-ului să fie doar jumătate din tensiunea aplicată la terminale. De exemplu, atunci când se aplică 1000V la bornele MLCC-ului, atunci când se utilizează structura flotantă, la stratul dielectric al MLCC-ului “ajung” doar 500V, ceea ce reprezintă jumătate din 1000V. Este cu siguranță un avantaj din punct de vedere al fiabilității, deoarece câmpul electric aplicat între straturile dielectrice scade. Tensiunea, împreună cu temperatura, sunt factori cheie pentru a determina durata de viață a unui MLCC.

Condensatoarele ceramice multistrat (MLCC) de înaltă tensiune de la Samsung Electro-Mechanics garantează fiabilitatea în aplicațiile de înaltă tensiune. Informații suplimentare și detalii despre gama de produse ale companiei pot fi găsite pe site-ul web sau, dacă există întrebări, cititorii pot da un simplu click (aici) pentru a trimite un mesaj.

Samsung Electro-Mechanics