About / Advertise
Den global bilmarknaden har länge fokuserat på att förbättra förbränningsmotorerna men är nu på god väg att elektrifieras. Avgasbestämmelser, förarstöd och självkörning har varit drivkrafter och i takt med att antalet elektroniska enheter ökat har också effektförbrukningen ökat.
 Ladda ner artikeln här (länk, pdf). Fler tekniska rapporter finns på etn.se/expert |
Batterispänningar har därför höjts stegvis för att kunna hantera kraven på ökad effektförbrukning och för att göra energisystemen effektivare.
Fram till mitten på 1950-talet var driftspänningen för ett fordon på 6 V. Därefter ökade motorvolymerna och det krävde en större elektrisk startmotor. 12 V-systemet standardiserades som följd av behovet av flera elektroniska enheter. Tidigare hade bilarna endast behövt ett litet batteri för att dra igång motorn och kunna sätta på radion.
I takt med att bilens elektroniska enheter ökade så krävdes också större effekt. För att lösa detta problem började man diskutera att öka spänningen från 12 V till ett högre spänningssystem som skulle kunna klara av att hantera det utökade effektbehovet. Under 1990-talet föreslogs ett 42 V-system och år 2011 standardiserade tyska biltillverkare på 48 V. Därefter har hybridbilar och elfordon börjat att använda ännu högre spänningar.
För att öka effekten är det effektivare att öka spänningen än strömstyrkan. Högre strömstyrka erfordrar tjockare kablar och kontaktstiftet måste också förändrats. Båda dessa faktorer påverkar kostnaden varför man istället ökade batterispänningen.
Men varför valdes just 48 V? Orsaken till det var att i många länder betraktas 60 V som lågspänning och den är därmed ofarlig för människokroppen. Förutom detta så har telefonlinjer använt 48 V under de senaste hundra åren, något som ytterligare bevisar säkerhetsaspekten vid användning av ett 48 V-system i fordon.
Den grundläggande drivlinekonfigurationen för elfordon består av högspänningsbatteri, inverter och elmotor. Effektiviteten hos ett elfordon beror framförallt på invertern men det finns fler omvandlare såsom DC/DC-omvandlare för lägre spänningar, ombordladdare och växelriktare. Det finns många olika topologier av omvandlare som används för att bygga in liknande tillämpningar. Exempelvis utvecklas just nu DC/DC-omvandlare och ombordladdare för systeminbyggnad, vilket kommer att ha fördelen att minska antalet komponenter och spara utrymme.
På vilket sätt är strukturen för högspännings-MLCC annorlunda än vanliga MLCC? Tillförlitligheten måste kunna garanteras i högspänningsmiljöer där det finns risk att det uppstår ljusbågar och kortslutningar. Vid höga spänningar formas ett kraftigt elektriskt fält runt en MLCC, vilket joniserar den omgivande luften. I synnerhet koncentreras detta fält på de båda anslutningarna på komponenten. Om fältet överstiger incidensspänningen för den joniserade luften kommer elektriska ljusbågar att uppstå, vilket så småningom leder till intern kortslutning. Den struktur som förhindrar detta fenomen är ett internt sköldmönster.
Genom att använda en flytande utformning av elektroden minskas kortslutningsrisken när en spricka uppstår i en MLCC och den är även användbar för högspänningsprodukter. Den flytande utformningen fördelar spänningen så att endast hälften av den hamnar på anslutningarna. Om 1 000 V läggs på mellan de två anslutningarna på en MLCC går endast hälften, 500 V, i de dielektriska lagren. Det är en fördel ur tillförlighetssynpunkt eftersom det elektriska fält som läggs på mellan de dielektriska lagren minskar. Spänning och temperatur är nyckelfaktorer för att avgöra livslängden hos en MLCC.
