世界の自動車市場は電気自動車への大規模な移行期を迎えています。これまで、内燃機関（ICE）車両は、排出ガス規制に対応するためにパワートレインを改良してきました。排出規制、利便性技術、自動運転により、自動車の電動化が進んでいます。電子ユニットの数が増えるにつれて、車両の電力消費量も増加しました。バッテリー電圧は、消費電力要件の増加に対応するために変更されており、効率的な電力システムに関連付けられています。上記のTech Snacksビデオで、最新のEVパワートレイン要件に対応するSamsung Electro-Mechanicsの高電圧自動車用MLCCをご覧ください。この記事では、高電圧アプリケーションを使用した電気自動車技術についてさらに詳しく説明します。
車両の電動化とバッテリー電圧
車のバッテリー電圧の上昇は電動化の傾向に関係しています。電動化のトレンドを理解するには、まず自動車のバッテリーの電圧がどのように変化してきたかを振り返る必要があります。1950年代半ば以前は、車両の動作電圧は6Vでした。それ以来、エンジンの排気量が増大し、大型の電動スターターモーターが必要になりました。より多くの電子機器の必要性から、12Vシステムが標準化されました。歴史的に、初期の自動車には、エンジンを始動してラジオをオンにするための小さなバッテリーだけが必要でした。
しかし、車載電子機器の数が時間の経過とともに増加するにつれて、より多くの電力が必要になります。この問題を解決するために、電圧を12Vから、追加の電力需要に対応できるより高い電圧システムに上げる議論が行われました。1990年代には42Vシステムが提案され、2011年にドイツの自動車メーカーは48Vを標準にしました。それ以来、ハイブリッド車や電気自動車はより高い電圧を使用するようになりました。電力（ワット）は電圧（V）×電流（A）です。電力を増やす場合は、電流を上げるよりも電圧を上げる方が効率的です。電流が増加すると、より太いケーブルが必要になり、コネクタピンも変更する必要があります。どちらもハードウェアコストに影響を与えます。そのため、電流ではなくバッテリー電圧が増加しました。
バッテリー電圧アップ、48Vマイルドハイブリッドシステム
2010年代に48Vシステムが登場した主な理由は、排出ガス規制によるものでした。内燃機関を生産する自動車メーカーは、排出ガス目標を達成し、パワートレインを改良することで燃費を向上させる必要がありました。マイルドハイブリッド（MHEV）はシンプルで安価なハイブリッドシステムと言われています。自動車メーカーがMHEVを好んだ理由は、製造が容易だったからです。MHEVシステムは、既存の内燃機関パワートレインに48Vシステムを追加することで製造できるため、フルハイブリッドよりも低コストで排出量の削減を実現できます。しかし、疑問が残ります。なぜ特に48Vが選択されたのでしょうか?その理由は、多くの国では60Vは低電圧であり、人体に危険ではないとみなされているからです。上記に加えて、電話回線では過去100年間48V電源システムが使用されており、車両における48Vシステムの安全性がさらに証明されています。
電気自動車における高電圧の応用
電気自動車の基本的なパワートレイン構成は、高電圧バッテリー、インバーター、電気モーターから構成されます。EVパワートレインは高電圧を使用します。EVの効率はDC/DCコンバータの効率に関連しています。電気自動車には、LDC、OBC、インバーターなど、さまざまな電力変換アプリケーションがあります。同様のアプリケーションを統合するために、さまざまなDC/DCコンバータ トポロジが適用されています。例えば、部品点数を減らしてスペースを節約できる利点を持つシステム統合のために、OBC（オンボード充電器）やLDC（低電圧DC/DCコンバータ）が開発中です。
信頼性を保証する高電圧MLCC構造
高電圧MLCCの構造は一般的なMLCCとどう違うのでしょうか？高電圧環境でも信頼性が保証される必要があります。高電圧用途に適用されるMLCCはアークオーバーのリスクにさらされ、MLCC内部で短絡が発生する可能性があります。高電圧下では、MLCCの周囲に強力な電界が形成され、周囲の空気がイオン化されます。特に、MLCCの両端子には強い電界が集中します。イオン化された空気の開始電圧を超えると、電気アークが発生し、最終的にMLCC内部で短絡が発生します。この現象を防ぐ構造がMLCC内部のシールドパターンです。
フローティング設計は、MLCCクラック発生時のショートリスクを下げる設計ですが、高電圧製品にも有効です。フローティング構造により電圧が分配されるため、MLCC内部の電圧は端子に印加される電圧の半分だけになります。たとえば、MLCCの両端に1000Vが印加される場合、フローティング設計を使用すると、MLCCの誘電体層には1000Vの半分の500Vのみが印加されます。誘電体層間にかかる電界が減少するため、信頼性の観点から有利です。電圧と温度は、MLCCの寿命を決定する重要な要素です。
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