Die revolutionäre Transformation und Lösungen in der automobilen Elektrifizierung

In den letzten Jahren hat die Automobilindustrie aufgrund der rasanten Entwicklung der Fahrzeugelektrifizierung eine revolutionäre Transformation durchlaufen. Mit Fortschritten in der Technologie und einem zunehmenden Umweltbewusstsein richten sowohl Automobilhersteller als auch Verbraucher verstärkt ihre Aufmerksamkeit auf die Forschung, Entwicklung und Implementierung von Elektrofahrzeugen (EVs) und Elektrifizierungstechnologien. Dieser Wandel stellt nicht nur Herausforderungen für traditionelle Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor dar, sondern markiert auch eine neue wettbewerbsintensive Landschaft im Automobilsektor. Vor diesem Hintergrund ist das Verständnis der Trends in der Entwicklung der Fahrzeugelektrifizierung zu einem entscheidenden und unausweichlichen Thema geworden. Dieser Artikel zielt darauf ab, die Anforderungen an die Anwendung der Fahrzeugelektrifizierung zu beleuchten und die damit verbundenen Lösungen vorzustellen, die Murata in diesem sich entwickelnden Bereich bietet.

Die Elektrifizierung von Automobilen treibt das Wachstum der Nachfrage nach elektronischen Komponenten voran.

Da Fahrzeuge zunehmend elektrifiziert werden, wird erwartet, dass die Nachfrage nach elektronischen Komponenten erheblich steigt. Technologische Innovationen, insbesondere in der Batterietechnologie, haben zu deutlichen Verbesserungen bei der Reichweite und Ladegeschwindigkeit von Elektrofahrzeugen geführt. Fahrzeuge werden zudem smarter und stärker vernetzt, indem Technologien wie Vehicle-to-Everything (V2X)-Kommunikation und autonomes Fahren integriert werden, um die Fahrsicherheit und das Benutzererlebnis zu verbessern.   Auch die Marktnachfrage steigt aufgrund wachsender Umweltbewusstheit und Bemühungen zur Energieeinsparung. Verbraucher entscheiden sich zunehmend für elektrische und umweltfreundliche Fahrzeuge, was die Anwendung und Marktdurchdringung von Elektrifizierungstechnologien vorantreibt. Darüber hinaus haben verschiedene Länder staatliche Unterstützungsmaßnahmen und Subventionsprogramme eingeführt, um die Entwicklung von Elektrofahrzeugen zu fördern und somit das Wachstum der Automobil-Elektrifizierungsbranche zu beschleunigen.   Murata erwartet eine steigende Nachfrage nach leistungsstarken Automobilkomponenten und treibt die kontinuierliche Produktentwicklung mit Fokus auf verbesserte Zuverlässigkeit voran. Durch die Gewährleistung des normalen Betriebs bei hohen Temperaturen und die Stärkung der Sicherheitsmerkmale trägt Murata zur stabilen Funktionsweise von Leistungselektroniksystemen unter hohen Belastungen bei.   Murata’s Engagement liegt in der Entwicklung und Herstellung von Komponenten, die Ingenieure befähigen, die nächste Generation von Transportanwendungen zu gestalten. Der anhaltende Bedarf an innovativen Elektronikprodukten unterstützt aufkommende Mobiltechnologien wie Elektrofahrzeuge (EVs), fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme (ADAS), Infotainmentsysteme und Mobility-as-a-Service (MaaS).   Die Produktpalette für Automobilanwendungen ist vielfältig und umfasst Wechselrichter, BMS (Battery Management Systems), OBC (On-Board Charger), DC-DC-Wandler, Motorsteuergeräte (ECUs) für die Fahrzeug-Elektrifizierung sowie TCU (Telematics Control Unit) und IVI (In-Vehicle Infotainment) für die Fahrzeugvernetzung. Darüber hinaus umfasst sie Produkte für Automobil-AD/ADAS (Advanced Driver Assistance Systems), einschließlich ADAS, APA (Automated Parking Assistance), LiDAR, Radar und Sensorkameras sowie Produkte für Fahrzeugbeleuchtung, EPS (Elektrische Servolenkung), PKE (Passiver schlüsselloser Zugang)/TPMS (Reifendrucküberwachungssysteme), Gateways/In-Vehicle-LAN und andere für Fahrzeugkarosserie/-chassis/-sicherheit.   Murata bietet eine umfassende Palette an Lösungen, die speziell auf Anwendungen der Automobil-Elektrifizierung zugeschnitten sind. Nachfolgend stelle ich einige zentrale Leistungsmerkmale der relevanten Produkte von Murata vor. 

Hochtemperatur-Folienkondensatoren und NTC-Thermistoren erfüllen die Automobilanforderungen

Murata hat zunächst Hochtemperatur-Folienkondensatoren eingeführt, bei denen Kunststoff-Polymerfolie als dielektrisches Material verwendet wird. Sie zeichnen sich durch gute Frequenz- und Temperatureigenschaften, keine Gleichspannungsvorspannung und hohe Isolationswiderstände aus. In den letzten Jahren ist der meistverwendete Typ der metallisierte Folienkondensator, bei dem die internen Elektroden auf die Folie aufbedampft werden.   Folienkondensatoren können anhand ihrer Struktur und der Art des dielektrischen Materials klassifiziert werden. Die Struktur von Folienkondensatoren lässt sich im Allgemeinen in zwei Typen unterteilen: "gewickelt" und "geschichtet". Der gewickelte Typ beinhaltet das Wickeln und Stanzen von Polymerfolien, die anschließend in einem Gehäuse untergebracht werden. Beim geschichteten Typ werden mehrere Schichten von Polymerfolien gestapelt, die dann in einem Gehäuse eingesetzt werden. Derzeit wird der gewickelte Typ aufgrund seiner einfacheren Herstellbarkeit häufiger verwendet.   Folienkondensatoren verwenden verschiedene Polymermaterialien wie PP, PET, PEN und PPS als dielektrische Materialien. Die Eigenschaften von Folienkondensatoren variieren erheblich abhängig von der Art des verwendeten dielektrischen Materials, und auch ihre Anwendungen unterscheiden sich entsprechend. Beispielsweise haben PP-Folienkondensatoren gute Selbstheilungseigenschaften und hohe Zuverlässigkeit, weshalb sie häufig in Automobil- und Industrieanwendungen eingesetzt werden.   Derzeit kann die Betriebstemperatur von PP-Folienkondensatoren, die üblicherweise in der Automobil- und Industriebranche verwendet werden, im Allgemeinen einen Betrieb bis zu 105 °C gewährleisten. Darüber hinaus verwendet Muratas FH-Serie hochtemperaturbeständige Folien mit hoher Dielektrizitätskonstante, die einen kontinuierlichen Betrieb bei 125 °C ermöglichen. Diese Kondensatoren verfügen auch über Selbstheilungsfähigkeiten in Hochtemperaturumgebungen, wodurch eine Miniaturisierung im Vergleich zu früheren PP-Folienkondensatoren möglich ist. Die Zielanwendungen der FH-Serie umfassen Glättungskondensatoren für Hybrid- und Elektrofahrzeuge, die eine hohe Temperaturbeständigkeit und Zuverlässigkeit erfordern, sowie industrielle Geräte.   Andererseits sind NTC-Thermistoren (Negativer Temperaturkoeffizient) temperaturempfindliche Widerstände, die aufgrund ihrer Eigenschaft benannt wurden, dass ihr Widerstand mit steigender Temperatur sinkt. Sie werden häufig als Temperatursensoren in verschiedenen Anwendungen wie Temperaturanzeigen in Klimaanlagen, Temperaturregelgeräten in Smartphones, Wasserkochern und Bügeleisen sowie als Stromregelgeräte in Stromversorgungseinrichtungen eingesetzt. Mit der zunehmenden Elektrifizierung von Fahrzeugen werden NTC-Thermistoren vermehrt in Automobilprodukten eingesetzt.   Murata begann um 1984 mit der Massenproduktion von NTC-Thermistoren und bietet derzeit hauptsächlich chipbasierte Produkte an. Die NTC-Thermistoren der Murata NCU-Serie sind SMD-Chip-Typ-Temperatursensoren, die zur Temperaturerfassung verwendet werden. Sie weisen hohe Zuverlässigkeit auf und eignen sich für den Automobilmarkt mit hohen Zuverlässigkeitsanforderungen. Sie bieten Temperaturerfassungs- und Kompensationsfunktionen über einen weiten Temperaturbereich.

Gleichtakt-Drosselspulen für Anwendungen in der Signal- und Leistungsübertragung in der Automobilindustrie

Im Automobilbereich, der durch hohe Geräuschpegel gekennzeichnet ist, ist effektive Geräuschfilterung entscheidend. Murata hat Gleichtaktdrosselspulen (CMCC) für den Einsatz in EMV-Unterdrückungsfiltern (EMC und Rauschunterdrückung) eingeführt. Gleichtaktdrosselspulen sind Filter, die entwickelt wurden, um Gleichtaktstörungen zu reduzieren, die in differentiellen Übertragungsleitungen problematisch werden können (häufig verwendet in USB/HDMI/MIPI sowie in automobilen CAN/CAN-FD/100Base-T1/1000Base-T1/SerDes/A2B®), Stromleitungen und Audiolinien. Gleichtaktdrosselspulen beeinflussen das Signal nicht (mit einer hohen Grenzfrequenz) und sind sehr gut geeignet, um Gleichtaktstörungen im Frequenzbereich von einigen MHz bis mehreren hundert MHz zu eliminieren.   Gleichtaktdrosselspulen bieten zwei Vorteile: Selbst wenn sich die Frequenz von Signal und Störgeräuschen überschneidet, können die Störgeräusche eliminiert werden, solange der Leitungsmodus unterschiedlich ist. Darüber hinaus tritt auch bei hohen differentiellen Strömen keine Magnetkernsättigung auf, die die Leistung beeinträchtigen könnte.   Für Automobilanwendungen bietet Murata verschiedene Gleichtaktdrosselspulen an, die für unterschiedliche Signalleitungen geeignet sind. Für USB-, HDMI-, LVDS- und andere Signalleitungen in Multimedia-Entertainment-Systemen kann die kompakte und flache Mehrlagen-Ausführung DLM11SN_HZ2 verwendet werden, die keine Auswirkungen auf die Signalwellenform von Hochgeschwindigkeits-Differentialsignalleitungen hat und zugleich eine Rauschunterdrückung bietet. Der Wickeltyp DLW21SZ_HQ2 arbeitet in einem weiten Temperaturbereich (-40 bis 105°C) und besitzt eine sehr hohe Eigenresonanzfrequenz, was eine höhere Grenzfrequenz und ausgezeichnete Hochgeschwindigkeitssignalübertragungseigenschaften ermöglicht. Der DLW21SZ_XQ2 bietet hohe Gleichtaktimpedanzen, exzellente Rauschunterdrückung, keine Auswirkungen auf die Signalwellenform von Hochgeschwindigkeits-Differentialsignalleitungen und sorgt für Rauschreduzierung.   Für Sicherheitsanwendungen arbeitet der Wickeltyp DLW21SH_HQ2 in einem Temperaturbereich von -40 bis 125°C mit einer sehr hohen Eigenresonanzfrequenz, wodurch eine höhere Grenzfrequenz und ausgezeichnete Hochgeschwindigkeitssignalübertragungseigenschaften ermöglicht werden. Der DLW31SH_SQ2 erreicht hohe Impedanzen im Hochfrequenzbereich, exzellente Rauschunterdrückung über ein breites Frequenzspektrum und ist geeignet für den Einsatz in Automobilanwendungen innerhalb des spezifizierten Temperaturbereichs. Zusätzlich bietet Murata verschiedene Gleichtaktdrosselspulen für CAN/FlexRay-Anwendungen, Ethernet im Fahrzeug sowie für Stromleitungsanwendungen an.

Hochwertige Automobil-Kristalleinheiten und Leistungsinduktivitäten

Murata bietet auch Automobil-Kristallresonatoren in Automobilqualität (XRCGB-Serie, XRCGE-Serie) mit der einzigartigen Verpackungstechnologie von Murata an, die hervorragende Qualität, Massenproduktion und Kosteneffizienz gewährleistet. Diese Kristallresonatoren sind dafür ausgelegt, den Anforderungen der nächsten Generation von Fahrzeug-Kommunikationsstandards für In-Vehicle Ethernet PHY gerecht zu werden und besitzen Produktspezifikationen, die den Kundenanforderungen entsprechen können. Sie bieten eine Kapazitätsoption (Cs) von 6pF, 8pF, 10pF usw. Zusätzlich wurden Produkte mit einer Bewertung von +125 °C / +150 °C in die Produktreihe aufgenommen.   Die Automobil-Kristallresonatoren von Murata erfüllen die Zuverlässigkeitsanforderungen für Automobilanwendungen (AEC-Q200) und unterziehen sich verschiedenen Tests, darunter 1000 Stunden Hochtemperaturaussetzung bei +125 °C, 1000 Temperaturzyklen von -55 °C bis +125 °C, 1000 Stunden feuchtebelastete Lagerung bei +85 °C, 85 % relative Luftfeuchtigkeit, DC6V, und 1000 Stunden Hochtemperaturlast bei +125 °C, DC6V.   Diese Kristallresonatoren zeichnen sich durch eine kompakte, hochzuverlässige Verpackung aus, die für die Verkleinerung von ECUs geeignet ist, mit Abmessungen von 2,0×1,6mm. Im Vergleich zur Größe von 3,2×2,5mm wird eine bemerkenswerte Größenreduzierung von 60 % erreicht. Sie nutzen die CERALOCK-Technologie für Verpackungen mit hoher Zuverlässigkeit und bieten hervorragende mechanische und klimatische Widerstandseigenschaften wie Stoßfestigkeit.   Die proprietäre Partikelscreening-Technologie von Murata identifiziert fehlerhafte Produkte mit Partikeln, die während der Produktion zu einer Verschlechterung der Eigenschaften von Kristallresonatoren führen können, präzise. Das Formdesign ist für die AOI (Automatische Optische Inspektion) geeignet und verfügt über kleinformatige Eckelektroden, die die Sichtbarkeit von Lötfugen verbessern.   Murata bietet darüber hinaus Strominduktivitäten an, die mit ISO16750-3 (Schwingungsprüfung für Motoren) konform sind und für Automobilelektroniken empfohlen werden, darunter Antriebsstränge und Sicherheitssysteme wie MDH10060C-100MB# und MDH10060C-101MB#. Diese Strominduktivitäten haben Abmessungen von 10,1±0,3mm (Länge), 10,0±0,3mm (Breite) und 6,0±0,3mm (Höhe) und unterstützen eine Induktivität von 10μH±20 % bei einer Messfrequenz von 0,1MHz, mit einem Betriebstemperaturbereich (inklusive Eigenerwärmung) von -55 °C bis 150 °C. Sie verfügen über abgeschirmte Ferrit-Magnetkerne.   Für MDH10060C-100MB# beträgt der Bemessungsstrom für Induktivitätsänderungen (Isat) 4,8A (maximal) / 6A (typisch), und der Bemessungsstrom für Temperaturanstieg (Itemp) beträgt 3,4A (maximal) / 5,2A (typisch), mit einem maximalen Gleichstromwiderstand von 0,0247Ω und einem Gleichstromwiderstand von 0,019Ω±30 %.   Für MDH10060C-101MB# beträgt der Bemessungsstrom für Induktivitätsänderungen (Isat) 1,5A (maximal) / 1,9A (typisch), und der Bemessungsstrom für Temperaturanstieg (Itemp) beträgt 1,2A (maximal) / 1,8A (typisch), mit einem maximalen Gleichstromwiderstand von 0,208Ω und einem Gleichstromwiderstand von 0,160Ω±30 %.

Fazit

Der Trend zur Elektrifizierung im Automobilbereich wird sich weiterhin in verschiedenen Bereichen entwickeln, einschließlich technologischer Innovationen, Marktnachfrage und politischer Unterstützung. Diese Entwicklung bietet sowohl Chancen als auch Herausforderungen für die Zukunft der Automobilindustrie. Als Reaktion auf diesen Wandel hin zur Elektrifizierung im Automobilbereich hat Murata eine Reihe von Lösungen eingeführt, die darauf abzielen, die Entwicklungszeit zu verkürzen und die Designflexibilität von automobilbezogenen Produkten zu verbessern. Mit einem vielfältigen Produktportfolio spielen die Lösungen von Murata eine bedeutende Rolle bei der Erfüllung der dynamischen Anforderungen des Automobilsektors.   Aufgrund von Platzbeschränkungen behandelt dieser Artikel nur eine Auswahl der von Murata angebotenen Produkte. Für weitere Informationen zu Muratas produktbezogenen Lösungen im Automobilbereich wenden Sie sich bitte an Murata oder Arrow, um weitere Details und Unterstützung zu erhalten.