Il mercato automobilistico mondiale sta assistendo a una massiccia transizione verso i veicoli elettrici. Finora i veicoli con motore a combustione interna (ICE) hanno migliorato le rispettive propulsioni per rispondere alle stringenti normative sulle emissioni. I vari regolamenti sulle emissioni, le tecnologie di intrattenimento a bordo e la guida autonoma hanno incentivato l'elettrificazione delle automobili. In considerazione del numero crescente di unità elettroniche, anche il consumo di energia da parte del veicolo è aumentato. La potenza delle batterie è stata modificata per rispondere ai maggiori requisiti di consumo di energia e anche i sistemi di alimentazione sono più efficienti. Guarda il video Tech Snack qui sopra e scopri come gli MLCC ad alta tensione per il settore automobilistico di Samsung Electro-Mechanics soddisfano i requisiti più recenti nelle propulsioni EV. In questo articolo, vedremo inoltre come la tecnologia per i veicoli elettrici faccia uso delle applicazioni ad alta tensione.
Elettrificazione dei veicoli e tensioni delle batterie
L'aumento della tensione della batteria dell'automobile è correlato alla tendenza all'elettrificazione. Per comprendere quest'ultima, dobbiamo innanzitutto esaminare come sono cambiate le tensioni delle batterie delle automobili. Prima della metà degli anni '50, la tensione operativa di un veicolo era di 6 V. Da allora, le cilindrate dei motori sono aumentate e hanno richiesto un motorino di avviamento elettrico più grande. Il sistema a 12 V è diventato standard per rispondere all'esigenza di un maggior numero di dispositivi elettronici. Storicamente, le prime automobili avevano bisogno soltanto di una piccola batteria per azionare il motore e accendere la radio.
Tuttavia, con l'aumento del numero di dispositivi elettronici a bordo è aumentata anche la potenza necessaria. Per risolvere questo problema, si è pensato di passare dalla tensione a 12 V a un sistema a tensione più elevata in grado di gestire la domanda di potenza supplementare. Negli anni '90 è stato proposto il sistema a 42 V e nel 2011 le case automobilistiche tedesche hanno reso standard il sistema a 48 V. Da allora, le auto ibride e i veicoli elettrici hanno iniziato a utilizzare tensioni più elevate. La potenza (Watt) è data dal prodotto tra la tensione (V) e la corrente (A). Quando si aumenta la potenza, è più efficiente aumentare la tensione piuttosto che la corrente. Quando aumenta la corrente, sono necessari cavi più spessi e anche i pin dei connettori devono essere sostituiti. Entrambi questi aspetti influiscono sul costo dell'hardware. Pertanto, è stata la tensione della batteria ad aumentare anziché la corrente.
Aumento della tensione della batteria: sistema mild hybrid a 48 V
L'introduzione del sistema a 48 V negli anni 2010 è dovuta principalmente alle normative sulle emissioni. Le case automobilistiche che producono motori a combustione interna dovevano raggiungere gli obiettivi relativi alle emissioni e aumentare l'efficienza dei consumi migliorando i gruppi propulsori. Il mild hybrid (MHEV) viene definito come un sistema ibrido semplice ed economico. Il motivo per cui le case automobilistiche hanno preferito l'MHEV è la facilità di produzione. Il sistema MHEV può essere realizzato aggiungendo un sistema a 48 V al gruppo propulsore del motore a combustione interna esistente. In questo modo si può ottenere la riduzione delle emissioni a un costo inferiore rispetto al sistema full hybrid. Ma la domanda rimane: perché si è scelto proprio il sistema a 48 V? Il motivo è che, in molti paesi, 60 V sono considerati una bassa tensione e non pericolosi per il corpo umano. Inoltre, negli ultimi 100 anni le linee telefoniche hanno utilizzato sistemi di alimentazione a 48 V, dimostrando ulteriormente la sicurezza dei sistemi a 48 V nei veicoli.
Applicazione dell'alta tensione nell'auto elettrica
La configurazione di base del gruppo propulsore dei veicoli elettrici è costituita da batteria ad alta tensione, inverter e motore elettrico. I gruppi propulsori EV utilizzano l'alta tensione. L'efficienza di un veicolo elettrico è legata all'efficienza del convertitore CC/CC. Per le auto elettriche sono disponibili varie applicazioni di conversione della potenza, come LDC, OBC e inverter. Per integrare applicazioni simili vengono applicate varie topologie di convertitori CC/CC. Ad esempio, sono in fase di sviluppo caricatori a bordo (OBC) e convertitori CC/CC a bassa tensione (LDC) per l'integrazione dei sistemi, che hanno il vantaggio di ridurre il numero di componenti e far risparmiare spazio.
Struttura MLCC ad alta tensione per una garanzia di affidabilità
Qual è la differenza tra la struttura di un MLCC ad alta tensione e quella di un MLCC generico? Negli ambienti ad alta tensione è necessario garantire l'affidabilità. Gli MLCC utilizzati per applicazioni ad alta tensione sono esposti al rischio di arco elettrico e di cortocircuito interno. In presenza di alta tensione, attorno all'MLCC si forma un forte campo elettrico che ionizza l'aria circostante. Tale campo elettrico si concentra in particolare su entrambi i terminali dell'MLCC. Se supera la tensione di innesco dell'aria ionizzata, si formano archi elettrici che portano a un cortocircuito all'interno dell'MLCC. La struttura che consente di prevenire questo fenomeno è una schermatura all'interno dell'MLCC.
Il design flottante riduce il rischio di cortocircuito in caso di rottura dell'MLCC, ma è anche utile per i prodotti ad alta tensione. La struttura flottante distribuisce la tensione in modo che la tensione all'interno dell'MLCC sia solo la metà di quella applicata ai terminali. Ad esempio, quando si applicano 1.000 V a entrambe le estremità dell'MLCC, con il design flottante allo strato dielettrico dell'MLCC vengono applicati solo 500 V, vale a dire la metà di 1.000 V. Questo è un vantaggio dal punto di vista dell'affidabilità, perché il campo elettrico applicato tra gli strati dielettrici diminuisce. La tensione e la temperatura sono fattori chiave per determinare la durata dell'MLCC.
Scopri la gamma di MLCC ad alta tensione
Visualizza prodotti correlati
Visualizza prodotti correlati
Visualizza prodotti correlati
Visualizza prodotti correlati
Visualizza prodotti correlati