摘要

世界汽車市場正在經歷電動汽車的重大轉換期。此前燃油汽車為了滿足尾氣排放限制，一直在改善 Powertrain。尾氣排放的限制、便利裝置的增加、自動駕駛的發展，帶動了汽車的電氣化(Electrification)。隨著電氣化所需的電裝設備增加，汽車所需的電量也隨之增加。為應對增加的電量，我們需要高效的電力系統。電池電壓的上升與高效的系統息息相關。下面為大家介紹使用高電壓的電動汽車技術和三星電機的車載用高壓MLCC。

汽車的電氣化和電池電壓的變化

汽車電池的電壓上升與汽車的電氣化有關。汽車電池的電壓是如何變化的呢？在二十世紀五十年代中期之前汽車電壓為6V。隨著汽車發動機容量的增大，需要大功率的Starter Motor，之后增加的電裝設備使電池電壓標準變為12V。初創期的汽車需要的電壓很小，僅用于帶動Crank及收音機。但隨著汽車安全設備的增加、便利配置的改善等，隨著時間的推移，增加的電子設備越來越多。由于所需的電力也隨之增加，關于在12V系統中提高電壓的問題一直被討論。二十世紀九十年代提出了42V系統，2011年德國汽車制造商制定了48V電壓標準。此后混合動力汽車和電動汽車開始使用高電壓。電力(Watt)為電壓(V)*電流(A)。提高電壓能夠更有效地提升電力。提升電流的話必須加厚電纜厚度，連接器也需要變更。如果提升電流，硬件成本就會上升，因此提升電壓更為有效。

電池電壓的上升，48V Mild Hybrid系統
2010年代48V電壓系統出現的最大背景就是尾氣排放限制。生產內燃機的汽車制造商通過改善Powertrain，提高燃油效率來滿足尾氣排放標準。所謂的輕混合動力(MHEV)就是廉價的混合動力系統。汽車制造商們喜歡MHEV的原因是，生產起來簡單。MHEV系統在當前的內燃機Powertrain上增加48V系統便可以制造，能夠以比Full-hybrid更低廉的成本實現尾氣排放的減少。但電壓值為什么定為48V呢？原因是各國規定對人體無害的安全電壓(SELV:Safety Extra Low Voltage)為60V。而且在過去的100年間，48V的電壓被證明為可以適用于電話的安全電壓。

使用高電壓的電動汽車Application

電動汽車Powertrain的基本構成為儲存能源的高電壓電池、逆變器和電動馬達。電動汽車Powertrain使用高電壓。與電動汽車耗電效率相關的部分是高效的電力轉換。電動汽車中有LDC、OBC、Inverter等多種電力轉換裝置。采用多種DC/DC Converter Topology，可實現各裝置間的整合。實際上OBC（On Board Charger)和LDC(Low-Voltage DC/DC Converter)也在實現整合。若實現系統整合，可以減少零件數和使用空間。

在高電壓下展現高可靠性的高壓MLCC結構

高壓MLCC結構與一般MLCC 相比有何不同呢？在高電壓環境下需要確保可靠性。暴露在高壓環境下的MLCC有Arc-ove的危險，MLCC內部存在短路的危險。當向MLCC施加高電壓時，MLCC周圍會形成強電場(Electric field)，進而產生ionized air。尤其是在MLCC端電極部位集中了大的電場(Electric field)。如果在Ionized air中超過了啟動電壓(inception voltage)就會發生電 Arc，MLCC 內部就會有發生circuit short 的危險。防止這種現象產生的結構是shield pattern。

Floating設計雖然是在MLCC 發生Crack時，能夠降低短路風險的結構，但是在高電壓下也是非常有用的結構。Floating 結構在MLCC內部將電壓按一半分配。例如在MLCC兩端施加1000V電壓時，利用Floating設計可將MLCC電介質內部的電壓降低到1000V的一半，也就是500V。因為MLCC的壽命由溫度和電壓決定，而施加在MLCC電介質上的Electric field變弱，所以在可靠性方面便有了優勢。

三星電機為大家介紹在高壓環境下仍能夠保障可靠性的高壓Automotive MLCC。Line up資料：