Vysokonapěťové vícevrstvé keramické kondenzátory MLCC pro hnací soustavy elektromobilů

Typografie
  • Nejmenší Malé Střední Velké Největší
  • Default Helvetica Segoe Georgia Times

Globální trh s automobily prochází masivním přechodem na elektrická vozidla. Vozidla se spalovacími motory (ICE – Internal Combustion Engine) vylepšují své pohonné jednotky, aby splnila emisní předpisy.

Emisní předpisy, systémy pro zajištění komfortu a autonomní řízení urychlují také přechod k elektromobilitě. Jak se zvyšuje počet elektronických jednotek ve vozidle, roste i spotřeba elektrické energie. Zvýšené požadavky na ukládání elektrické energie a implementace účinných napájecích systémů vedou ke změně napětí baterie. V tomto článku budeme diskutovat o technice elektrických vozidel využívající vysokonapěťové systémy a představíme vysokonapěťové vícevrstvé keramické kondenzátory Auto MLCC (Multi-Layer Ceramic Capacitor) od firmy Samsung Electro-Mechanics.

Elektrifikace vozidel a napětí akumulátoru

Zvýšení napětí akumulátorů vozidel souvisí s trendem elektrifikace. Abychom jej pochopili, musíme se nejprve podívat zpět na to, jak se v historii měnilo napětí automobilových akumulátorů. Až do poloviny 50. let 20. století bylo provozní napětí vozidel 6 V. S tím, jak se zvětšoval zdvihový objem motoru, byl třeba i silnější elektrický startér. Vzhledem k potřebě napájet stále více elektronických zařízení se standardem stal 12V napájecí systém. Historicky první automobily potřebovaly pouze malou baterii, aby mohly nastartovat motor a zapnout rádio.

MLCC 2022 1

Avšak vzhledem k tomu, že se počet elektronických zařízení ve vozidle v průběhu času neustále zvyšoval, bylo třeba zvýšit také výkonovou kapacitu akumulátoru. Aby se tento problém vyřešil, proběhly diskuse o dalším zvýšení napětí z 12 V na systém s vyšším napětím, který je schopen vypořádat se také se zvýšenou spotřebou elektrické energie. V 90. letech byl navržen 42V systém a v roce 2011 němečtí výrobci automobilů standardizovali 48V systém. Poté přišly elektromobily a hybridní vozidla a začaly se používat systémy s ještě vyšším napětím. Výkon (W) je násobkem napětí (V) a proudu (A). Při zvyšování výkonu je výhodnější zvýšit napětí, a ne proud. Při zvýšení proudu jsou totiž nutné silnější kabely a rovněž je nutné použít silnější kontakty konektoru. To zvyšuje náklady na hardware. Takže místo zvyšování proudu bylo zvýšeno napětí akumulátoru.

MLCC 2022 2

Zvýšení napětí akumulátoru, 48V systém mild-hybrid

Hlavním důvodem, proč se v 10. letech 21. století objevil 48V systém, byla regulace emisí. Automobilky vyrábějící spalovací motory musely dosáhnout svých emisních cílů a zvýšit účinnost využití paliva zlepšením práce hnacích ústrojí. Mild-Hybrid Electric Vehicle (MHEV) měla být jednoduchá a levná hybridní vozidla. Důvodem, proč výrobci automobilů preferovali MHEV, bylo to, že bylo snadné je vyrábět. Systém MHEV lze vytvořit přidáním 48V systému s akumulátorem do stávajícího hnacího ústrojí spalovacího motoru. Snížení emisí lze dosáhnout za nižší cenu než u plně hybridního pohonu. Ale otázka zůstává: proč bylo zvoleno právě napětí 48 V? Důvodem je, že v mnoha zemích je napětí do 60 V považováno za nízké napětí, které není nebezpečné pro lidské tělo. Kromě toho telefonní linky již 100 let používají právě 48V napájecí systémy, což dále dokazuje jejich bezpečnost i pro elektromobily.

MLCC 2022 3

Použití vysokého napětí v elektromobilech

Základní konfigurace hnací jednotky plně elektrických vozidel se skládá z vysokonapěťového akumulátoru, měniče a elektrického motoru. Hnací ústrojí EV používají vysoké napětí. Účinnost elektrického vozidla je spojena zejména s účinností převodníku DC/DC. Elektromobily využívají různé způsoby konverze energie, jako jsou LDC (Low Voltage DC-DC Converter), OBC (On-Board Charger) a měniče. Pro integraci podobných systémů se používají různé topologie převodníku DC/DC. Například OBC a LDC mají výhodu ve snížení počtu komponent a úspoře prostoru.

MLCC 2022 4

Struktura kondenzátorů MLCC pro vysoké napětí zaručuje jejich spolehlivost

Jak se konstrukce kondenzátorů MLCC pro vysoké napětí liší od obecné konstrukce? V prostředí s vysokým napětím musí být zaručena vysoká spolehlivost. Kondenzátory MLCC pro vysoké napětí jsou vystaveny riziku obloukového výboje a zkratu uvnitř kondenzátoru. Pod vysokým napětím se kolem MLCC vytváří silné elektrické pole, které ionizuje okolní vzduch. Silné elektrické pole je soustředěno zejména na obou svorkách MLCC. Je-li překročeno průrazné napětí ionizovaného vzduchu, dojde ke vzniku obloukových výbojů, které nakonec vedou ke zkratu uvnitř MLCC. Tomuto jevu zabraňuje struktura stínění MLCC.

MLCC 2022 5

Plovoucí uspořádání elektrod kondenzátoru snižuje riziko zkratu, když dojde k prasknutí MLCC, ale je také užitečné z hlediska odolnosti proti vysokým napětím. Plovoucí uspořádání kondenzátoru distribuuje napětí tak, že napětí uvnitř MLCC je pouze poloviční ve srovnání s napětím na výstupních svorkách. Například když je na svorkách kondenzátoru napětí 1 000 V, zajistí sériové plovoucí uspořádání, že na vrstvách dielektrika je napětí jen 500 V. Je to výhoda také z hlediska spolehlivosti, protože se tím snižuje elektrické pole mezi dielektrickými vrstvami. Napětí spolu s teplotou jsou klíčovými faktory pro výpočet životnosti MLCC.

MLCC 2022 6

Vysokonapěťové kondenzátory MLCC společnosti Samsung Electro-Mechanics mají velkou spolehlivost i při vysokém napětí. Další informace a podrobnosti o sortimentu společnosti lze nalézt na webových stránkách. Otázky mohou čtenáři jednoduše položit kliknutím (zde) a poslat výrobci zprávu.

 

 Samsung  Velikost (mm)  Kapacita (napětí)  Teplota  Katalogový list
 CL31C471JIH3PNE  3 216 mm (1 206 inch)  470 pF (1 000 V)  C0G (-55 ~ +125 °C)   Stáhnout
 CL31B222KIFXPNE  3 216 mm (1 206 inch)  2,2 nF (1 000 V)  X7R (-55 ~ +125 °C)   Stáhnout
 CL31C472JHH1PNE  3 216 mm (1 206 inch)  4,7 nF (630 V)  C0G (-55 ~ +125 °C)   Stáhnout
 CL31B103KHFXPNE  3 216 mm (1 206 inch)  10 nF (630 V)  X7R (-55 ~ +125 °C)   Stáhnout

Bezplatný odběr časopisu

Chcete odebírat časopis ElektroPrůmysl.cz zdarma? Napište Vaše jméno a e-mail, poté klikněte na tlačítko odebírat.

Časopis vychází 1x měsíčně.

Aktuální číslo časopisu

ElektroPrumysl

ElektroPrůmysl.cz, listopad 2022

Číslo je zaměřené na napájecí zařízení, zálohovaní, měření a regulaci odběru elektrické energie.

Nadcházející webináře

Zajímavé odkazy

Monitorovací systémy transformátorů v průmyslu Komplexní řešení pro on-line diagnostiku. Pomoc při optimalizaci údržby a využití strojů. Včasná indikace hrozících poruch.
Decentralizovaná automatizace, žádná řídicí skříň Přejděte do praxe, decentralizujte, modularizujte, kombinujte technologie, jednejte efektivněji ve spotřebě energií, omezujte a zjednodušujte složitost a nacházejte chytrá řešení.
Špičkové nástroje pro odvíjení, protahování a tažení kabelů Profesionální nástroje a pomůcky, které maximálně zefektivní práci a zklidní nervy každého elektromontéra a elektrikáře. Ať se jedná o elektrikářská protahovací pera, odvíječky kabelů a cívek nebo tažení kabelů, vždy máme pořádná esa v rukávu!

Najdete nás na Facebooku