摘要

世界汽车市场正在经历电动汽车的重大转换期。此前燃油汽车为了满足尾气排放限制，一直在改善 Powertrain。尾气排放的限制、便利装置的增加、自动驾驶的发展，带动了汽车的电气化(Electrification)。随着电气化所需的电装设备增加，汽车所需的电量也随之增加。为应对增加的电量，我们需要高效的电力系统。电池电压的上升与高效的系统息息相关。下面为大家介绍使用高电压的电动汽车技术和三星电机的车载用高压MLCC。

汽车的电气化和电池电压的变化

汽车电池的电压上升与汽车的电气化有关。汽车电池的电压是如何变化的呢？在二十世纪五十年代中期之前汽车电压为6V。随着汽车发动机容量的增大，需要大功率的Starter Motor，之后增加的电装设备使电池电压标准变为12V。初创期的汽车需要的电压很小，仅用于带动Crank及收音机。但随着汽车安全设备的增加、便利配置的改善等，随着时间的推移，增加的电子设备越来越多。由于所需的电力也随之增加，关于在12V系统中提高电压的问题一直被讨论。二十世纪九十年代提出了42V系统，2011年德国汽车制造商制定了48V电压标准。此后混合动力汽车和电动汽车开始使用高电压。电力(Watt)为电压(V)*电流(A)。提高电压能够更有效地提升电力。提升电流的话必须加厚电缆厚度，连接器也需要变更。如果提升电流，硬件成本就会上升，因此提升电压更为有效。

电池电压的上升，48V Mild Hybrid系统
2010年代48V电压系统出现的最大背景就是尾气排放限制。生产内燃机的汽车制造商通过改善Powertrain，提高燃油效率来满足尾气排放标准。所谓的轻混合动力(MHEV)就是廉价的混合动力系统。汽车制造商们喜欢MHEV的原因是，生产起来简单。MHEV系统在当前的内燃机Powertrain上增加48V系统便可以制造，能够以比Full-hybrid更低廉的成本实现尾气排放的减少。但电压值为什么定为48V呢？原因是各国规定对人体无害的安全电压(SELV:Safety Extra Low Voltage)为60V。而且在过去的100年间，48V的电压被证明为可以适用于电话的安全电压。

使用高电压的电动汽车Application

电动汽车Powertrain的基本构成为储存能源的高电压电池、逆变器和电动马达。电动汽车Powertrain使用高电压。与电动汽车耗电效率相关的部分是高效的电力转换。电动汽车中有LDC、OBC、Inverter等多种电力转换装置。采用多种DC/DC Converter Topology，可实现各装置间的整合。实际上OBC（On Board Charger)和LDC(Low-Voltage DC/DC Converter)也在实现整合。若实现系统整合，可以减少零件数和使用空间。

在高电压下展现高可靠性的高压MLCC结构

高压MLCC结构与一般MLCC 相比有何不同呢？在高电压环境下需要确保可靠性。暴露在高压环境下的MLCC有Arc-ove的危险，MLCC内部存在短路的危险。当向MLCC施加高电压时，MLCC周围会形成强电场(Electric field)，进而产生ionized air。尤其是在MLCC端电极部位集中了大的电场(Electric field)。如果在Ionized air中超过了启动电压(inception voltage)就会发生电 Arc，MLCC 内部就会有发生circuit short 的危险。防止这种现象产生的结构是shield pattern。

Floating设计虽然是在MLCC 发生Crack时，能够降低短路风险的结构，但是在高电压下也是非常有用的结构。Floating 结构在MLCC内部将电压按一半分配。例如在MLCC两端施加1000V电压时，利用Floating设计可将MLCC电介质内部的电压降低到1000V的一半，也就是500V。因为MLCC的寿命由温度和电压决定，而施加在MLCC电介质上的Electric field变弱，所以在可靠性方面便有了优势。

三星电机为大家介绍在高压环境下仍能够保障可靠性的高压Automotive MLCC。Line up资料：