電気自動車の急速な発展に伴い、電気自動車のバッテリーの安全、安定、急速充電を確保することが、消費者による電気自動車の広範な受け入れにおける重要な要素となっています。バッテリー充電の安全性を確保するための重要なコンポーネントの1つは、自動車業界のAEC-Q200仕様に準拠したヒューズです。この記事では、電気自動車の充電に欠かせない技術と、AEC-Q200仕様の要件を満たすSCHURTER社が発表したヒューズの特徴を紹介します。
多数の並列接続された充電バッテリーの安全性を確保することは非常に重要です
化石燃料は供給量が限られており、燃焼すると有害なガスが放出されて大気汚染を引き起こすため、電気自動車は自動車産業の将来の発展にとって重要な方向性となります。しかし、ここ数十年で自動車の数とサイズは増加し、より快適で、頑丈で、安全になりましたが、同時に重量も増加しました。中級車の重量は1.5トンに達している。したがって、電気自動車も十分な電力を供給するために大量のエネルギーを必要とします。
電気自動車に十分な電力を確保するには、小型のバッテリーセル（各セルのサイズは4 VDC/3200 mAh）を並列および一列に相互接続する必要があります。約400 VDCの動作電圧を得るには、約100個のセルを一列に接続する必要があります。このような400 Vストリングを並列バッテリー パックに多数組み込むことで、高性能電気自動車のバッテリー パック全体の耐久性、走行距離、性能が実現します。強力な電気自動車では、このようにして迅速に組み立てるために何千ものセルが必要になります。
したがって、電気自動車の充電の安全性を確保することは、さまざまな安全対策と実践を伴うため非常に重要です。充電プロセス中は、認定された充電機器を使用する必要があり、充電機器は定期的に検査およびメンテナンスを行う必要があります。湿気や極端な環境を避け、充電プロセス中にプラグを正しく挿入および取り外し、充電プロセスを監視し、製造元の推奨事項に従い、過充電を防ぎ、物理的な損傷を回避することが重要です。電気自動車では、充電と放電の安全性を確保するために、通常、バッテリー管理システム (BMS) が使用されます。
電気自動車のBMSは、電気自動車の高電圧リチウムイオン電池を監視、制御、管理するために設計された重要な電子システムです。BMSは、バッテリーの性能、安全性、寿命を最大化することを目的としています。BMSの機能には通常、電圧監視、温度監視、充放電管理、障害検出と管理、容量推定、通信、制御が含まれます。BMSは、バッテリーの安全性と長期寿命を確保しながら、バッテリーのパフォーマンスを最大限に高めることができます。これにより、車両はバッテリーのエネルギーを効率的に利用でき、バッテリーに発生する可能性のある損傷や性能低下のリスクが軽減されます。
バッテリーバランスは充電プロセスの安全性を確保するための重要な技術です
電気自動車にはこのようなバッテリーが何千個も搭載されているため、充電プロセスは非常に重要であり、バッテリーはできるだけ短時間で充電されなければなりません。この困難な課題に対する解決策は、「バッテリーバランス」と呼ばれます。これは、バッテリー パックの個々のセルを均等に充電する電子回路 (多くの場合、BMSの一部) を指します。製造上の違いや使用条件の違いにより、これらのセル間にはわずかな電気特性の違いが生じる場合があります。その結果、一部のセルが他のセルよりも速く充電または放電され、電圧または容量の不均衡が発生する可能性があります。「バッテリーバランス調整」とは、バッテリーパックを均一に充電するプロセスです。
バッテリーバランス技術の主な目的は、バッテリーパック全体の各セルが均等に充電および放電できるようにすることです。これにより、容量や電圧の不均衡など、不均衡から生じる問題を回避できます。バッテリーバランス調整の動作原理は、エネルギーを非常に速く吸収するセルの充電を遅くすることです。これは、バッテリー パックのチェーン セット内の最も弱いリンクのバランスを取り、充電プロセスの速度を決定するために行われます。各バッテリーセルには個別の注意が必要であり、これが個々のセルの劣化/弱化を補いながらバッテリーパックの最大容量を活用する唯一の方法です。
もちろん、バッテリー パック内の個々のセルは過電流から保護する必要があります。バッテリー パックごとに、構成に応じて数千個のヒューズが必要になります。これらのヒューズは非常に重要な性質を持っているため、完全に信頼できるものでなければなりません。この保護機能は少なくとも15年間、障害なく動作する必要があります。ヒューズは、最も寒い冬と最も暑い夏の気温でも同様に機能し、衝撃、振動、日々の作業、電源のオン、オフ、加速などのサイクルに耐える必要があります。これらのヒューズに対する要件は非常に厳格です。
バッテリーバランス技術は、バッテリー寿命の延長、パフォーマンスの向上、安全性の確保に不可欠です。個々のバッテリーセル間のバランスを維持することで、バッテリーパック全体の性能をより効果的に活用でき、バッテリーの損傷や性能低下のリスクを軽減できます。
AEC-Q200は自動車業界の受動部品の標準要件を規定しています
AECはAutomotive Electronics Council (自動車電子部品協議会) の略称で、自動車部品業界における電子部品の認定の標準化に重点を置く米国を拠点とする組織です。1990年代半ばに導入されたQ200規格では受動部品の要件が概説されていますが、Q100規格とその派生規格では能動部品に重点が置かれています。これらのAEC規格は世界的に認知されており、自動車業界のすべての主要メーカーに受け入れられています。
AEC-Q200規格の開発は、過酷な環境条件下での自動車用電子部品の信頼性と耐久性を確保することを目的としています。自動車の内部環境では、高温、低温、振動、湿度の変化など、電子部品に厳しい要件が課せられます。
AEC-Q200規格は2001年に初めて導入され、それ以来、進化するテクノロジーと需要に適応するために継続的に改訂および更新されてきました。電子部品の信頼性を確保するためのさまざまなテスト条件と要件をカバーしています。この規格では、高温寿命試験、低温寿命試験、湿度寿命試験、湿度温度サイクル試験、湿度定圧試験、温度サイクル試験、機械振動試験など、過酷な条件下での部品の信頼性と耐久性を検証するためのさまざまな試験項目が規定されています。
AEC-Q200規格への準拠は、自動車電子機器サプライ チェーンのメーカーとサプライヤーにとって非常に重要です。この規格に準拠したコンポーネントは、自動車アプリケーションにおいて安定した信頼性の高いパフォーマンスを提供できることが証明されています。電子部品の故障によるリコールや問題を減らし、自動車システムの安全性と信頼性を高めます。
自動車に使用されるヒューズの特定のテストは、当初は自動車開発の歴史を通じて関連性がありませんでしたが、自動車エレクトロニクスの技術とアプリケーションの進化により、このシナリオは変化しました。電子制御ユニットとパワードライブの導入により、ヒューズはQ200規格の次回の更新でトピックとして含まれることになります。AEC-Q200規格は、自動車用電子部品の現在の要件と将来の要件との整合性を確保するために継続的に更新および改良されており、自動車システムの信頼性と安全性を継続的に向上させています。
AEC-Q200仕様に準拠した高品質ヒューズ
SCHURTERは常に航空宇宙産業の高信頼性要件に重点を置いており、欧州宇宙機関 (ESA) と協力し、AEC-Q200の他の受動部品の仕様に従って製品を開発しています。SCHURTERは、世界の自動車業界の大手企業との緊密な協力を通じて、Q200の要件を満たすヒューズのテスト手順を開発しました。この方法で製造されたヒューズには、制限がなく国際的に認められているQ200「承認シール」を付けることができます。
SCHURTERは、自動車業界向けにAEC-Q200規格に準拠したヒューズの完全なラインナップを提供しており、バッテリー管理、空調、ディーゼル エンジンやガソリン エンジン用の密結合電子デバイスなど、さまざまなアプリケーションをサポートしています。SCHURTERは国際的な自動車組織や業界自体と密接な関係を築いており、車両製造における電子機器の保護に関連するあらゆる問題に対処する能力に優れています。
SCHURTERは、世界的な電子・電気部品の継続的な革新と製造業者として、機器の使いやすさを実現しながら、安全でクリーンな電力供給を保証します。SCHURTERは、回路保護、コネクタ、EMC製品、スイッチ、入力システム、電子機器製造サービスなど、幅広い標準製品を提供しています。さらに、SCHURTERはお客様と協力して、アプリケーション固有の要件を満たす準備も整えています。
SCHURTER UMT 250シリーズ ヒューズを例に挙げると、これはわずか3 x 10.1 mmの寸法の表面実装 (SMD) ヒューズで、250 VACおよび125 VDCをサポートし、80 mA ～ 10 Aの範囲で動作するSMDヒューズです。このヒューズはコンパクトなフォーム ファクタで設計されており、占有面積を最小限に抑えながら遮断容量を最大化します。パルス状の連続電流に適しています。
UMT 250シリーズは、80 mA ～ 10 Aの高電流範囲で動作し、250 VAC (IEC) で200 Aの高遮断容量をサポートします。277 VACおよび250 VDCのUL承認を取得しており、ATExおよびIECExの要件に従って密閉ポッティングに使用でき、SMD PCBの一次保護、医療機器、バッテリー保護、その他のアプリケーション領域を含む本質安全アプリケーションに最適です。
結論
電気自動車のバッテリーの安全な充電と放電は見逃すことのできない重要な要素です。AEC-Q200規格に準拠したヒューズは、電気自動車のバッテリー充電プロセスの安全性を確保するために不可欠なコンポーネントです。SCHURTERは、AEC-Q200規格に準拠したヒューズの完全なラインナップを提供しており、電気自動車アプリケーションのさまざまな安全要件を満たす信頼性の高い選択肢を提供します。SCHURTERのヒューズを選択することは、自動車業界で関連製品を開発するための理想的なコンポーネント選択となります。