La trasformazione rivoluzionaria e le soluzioni nell'elettrificazione automobilistica

Negli ultimi anni, l'industria automobilistica ha subito una trasformazione rivoluzionaria a causa dello sviluppo rapido dell'elettrificazione dei veicoli. Con i progressi tecnologici e una crescente consapevolezza ambientale, c'è una crescente attenzione da parte dei produttori automobilistici e dei consumatori alla ricerca, allo sviluppo e all'implementazione di veicoli elettrici (EV) e tecnologie di elettrificazione. Questo cambiamento non solo presenta sfide per i veicoli con motore a combustione interna tradizionale, ma segnala anche un nuovo panorama competitivo nel settore automobilistico. In questo contesto, comprendere le tendenze nello sviluppo dell'elettrificazione dei veicoli è diventato un argomento cruciale e inevitabile. Questo articolo mira a esplorare i requisiti applicativi dell'elettrificazione dei veicoli e discutere le soluzioni correlate offerte da Murata in questo campo in evoluzione.

L'elettrificazione degli autoveicoli sta guidando la crescita della domanda di componenti elettronici

Man mano che i veicoli diventano più elettrificati, si prevede un aumento significativo della domanda di componenti elettronici. L'innovazione tecnologica, in particolare nella tecnologia delle batterie, ha portato a miglioramenti significativi nell'autonomia e nella velocità di ricarica dei veicoli elettrici. I veicoli stanno anche diventando più intelligenti e connessi, incorporando tecnologie come la comunicazione vehicle-to-everything (V2X) e la guida autonoma per migliorare la sicurezza e l'esperienza dell'utente.

La domanda di mercato è in aumento anche a causa della crescente consapevolezza ambientale e degli sforzi per la conservazione dell'energia. I consumatori scelgono sempre più veicoli elettrici e rispettosi dell'ambiente, favorendo così l'applicazione e la penetrazione di mercato delle tecnologie di elettrificazione. Inoltre, vari paesi hanno introdotto politiche di sostegno governativo e misure di sussidio per incentivare lo sviluppo dei veicoli elettrici, spingendo ulteriormente la crescita dell'industria dell'elettrificazione automobilistica.

Murata prevede un aumento della domanda di componenti automobilistici ad alte prestazioni, che spinge lo sviluppo continuo dei prodotti con un focus sul miglioramento dell'affidabilità. Garantendo il funzionamento normale ad alte temperature e potenziando le caratteristiche di sicurezza, Murata contribuisce al funzionamento stabile dei sistemi di elettronica di potenza sotto carichi pesanti.

La dedizione di Murata risiede nel progettare e produrre componenti che permettono agli ingegneri di aprire la strada alla prossima ondata di applicazioni nel settore dei trasporti. La necessità continua di prodotti elettronici innovativi sostiene le tecnologie mobili emergenti come veicoli elettrici (EV), sistemi avanzati di assistenza alla guida (ADAS), sistemi di infotainment e Mobilità come servizio (MaaS).

L'insieme di prodotti per applicazioni automobilistiche è vario, comprendendo inverter, BMS (Battery Management Systems), OBC (On Board Chargers), convertitori DC-DC, centraline elettroniche del motore per l'elettrificazione del veicolo, nonché TCU (Telematics Control Unit) e IVI (In Vehicle Infotainment) per la connettività del veicolo. Inoltre, prodotti per AD/ADAS automobilistici (Advanced Driver Assistance Systems), come ADAS, APA (Automated Parking Assistance), LiDAR, radar e telecamere di rilevamento, così come illuminazione automobilistica, EPS (Electric Power Steering), PKE (Passive Keyless Entry)/TPMS (Tire Pressure Monitoring Systems), gateway/reti LAN nel veicolo e altri per la carrozzeria/telaio/sicurezza del veicolo.

Murata offre una gamma completa di soluzioni specificamente progettate per applicazioni di elettrificazione automobilistica. Di seguito introdurrò alcune caratteristiche funzionali chiave dei prodotti pertinenti offerti da Murata.

I condensatori a film ad alta temperatura e i termistori NTC soddisfano i requisiti automobilistici

In primo luogo, Murata ha introdotto condensatori a film ad alta temperatura, che sono condensatori che utilizzano un film di polimero plastico come materiale dielettrico. Presentano buone caratteristiche di frequenza e temperatura, nessun bias DC e un'elevata resistenza d'isolamento. Negli ultimi anni, il tipo comunemente usato è il condensatore a film metalizzato, in cui gli elettrodi interni sono depositati tramite evaporazione sul film.

I condensatori a film possono essere classificati in base alla struttura e al tipo di materiale dielettrico. La struttura dei condensatori a film può generalmente essere divisa in due tipi: "avvolto" e "stratificato". Il tipo avvolto prevede l'avvolgimento e la stampatura di film polimerici, che vengono poi inseriti in un involucro. Il tipo stratificato prevede l'impilamento di più strati di film polimerici, che vengono poi inseriti in un involucro. Attualmente, il tipo avvolto è più comunemente utilizzato per la facilità di fabbricazione.

I condensatori a film utilizzano vari materiali polimerici come PP, PET, PEN e PPS come materiali dielettrici. Le caratteristiche dei condensatori a film variano in modo significativo a seconda del tipo di materiale dielettrico utilizzato, e le loro applicazioni differiscono anche. Per esempio, i condensatori a film PP hanno buone proprietà di auto-riparazione e alta affidabilità, rendendoli ampiamente utilizzati in applicazioni per attrezzature automobilistiche e industriali.

Attualmente, la temperatura di esercizio dei condensatori in film di PP comunemente utilizzati in applicazioni automotive e industriali può generalmente garantire operazioni fino a 105°C. Inoltre, la serie FH di Murata utilizza un film resistente alle alte temperature con una costante dielettrica elevata, permettendo operazioni continue a 125°C. Questi condensatori presentano anche capacità di auto-riparazione in ambienti ad alta temperatura, consentendo la miniaturizzazione rispetto ai precedenti condensatori in film di PP. Le applicazioni target della serie FH includono condensatori di smussamento per veicoli ibridi ed elettrici che richiedono resistenza e affidabilità a temperature elevate, oltre ad apparecchiature industriali.

D'altra parte, i termistori NTC (Negative Temperature Coefficient) sono resistori sensibili alla temperatura, così chiamati per la loro caratteristica di ridurre la resistenza con l'aumentare della temperatura. Sono comunemente usati come sensori di temperatura in varie applicazioni, come indicatori di temperatura nei condizionatori d'aria, dispositivi di controllo della temperatura negli smartphone, bollitori e ferri da stiro, nonché come dispositivi di controllo della corrente nelle apparecchiature di potenza. Con l'aumento dell'elettrificazione dei veicoli, i termistori NTC sono sempre più utilizzati nei prodotti automobilistici.

Murata ha iniziato la produzione in serie di termistori NTC intorno al 1984 e attualmente offre una gamma costituita principalmente da prodotti basati su chip. I termistori NTC della serie NCU di Murata sono sensori di temperatura di tipo chip SMD utilizzati per il rilevamento della temperatura. Hanno un'elevata affidabilità e sono adatti al mercato automobilistico con requisiti di alta affidabilità, offrendo funzioni di rilevamento e compensazione della temperatura su un ampio intervallo di temperature.

Bobine di reattori di modo comune per applicazioni di segnalazione e trasmissione di potenza automobilistica

Nell'ambiente automobilistico, caratterizzato da alti livelli di rumore, il filtraggio efficace del rumore è cruciale. Murata ha introdotto induttanze di modo comune (CMCC) per l'applicazione nei filtri di soppressione EMI (soppressione EMC e del rumore). Le induttanze di modo comune sono filtri progettati per ridurre il rumore di modo comune che diventa problematico nelle linee di trasmissione differenziale (comunemente utilizzate in USB/HDMI/MIPI, così come nel CAN/CAN-FD/100Base-T1/1000Base-T1/SerDes/A2B® automobilistico), nelle linee di alimentazione e nelle linee audio. Le induttanze di modo comune non influenzano il segnale (con una frequenza di taglio elevata) e sono molto adatte per eliminare il rumore di modo comune nell'intervallo di frequenza di diversi MHz fino a diverse centinaia di MHz.

Le bobine di induttanza di modo comune offrono due vantaggi: anche se la frequenza del segnale e del rumore si sovrappongono, finché il modo di conduzione è diverso, il rumore può essere eliminato. Inoltre, anche con correnti differenziali elevate, non si verifica la saturazione del nucleo magnetico, che potrebbe degradare le prestazioni.

Per le applicazioni automobilistiche, Murata offre diverse bobine di induttanza a modo comune adatte per diverse linee di segnale. Per USB, HDMI, LVDS e altre linee di segnale nei sistemi di intrattenimento multimediale, è possibile utilizzare il tipo multistrato compatto e a basso profilo DLM11SN_HZ2, che non ha impatto sulla forma d'onda del segnale delle linee di segnale differenziali ad alta velocità e fornisce riduzione del rumore. Il tipo avvolto DLW21SZ_HQ2 opera in un ampio intervallo di temperatura (-40 a 105°C) e ha una frequenza di auto-risonanza molto alta, consentendo una frequenza di taglio più elevata e eccellenti caratteristiche di trasmissione del segnale ad alta velocità. Il DLW21SZ_XQ2 offre un'elevata impedenza a modo comune, eccellente riduzione del rumore, nessun impatto sulla forma d'onda del segnale delle linee di segnale differenziali ad alta velocità e fornisce riduzione del rumore.

Per applicazioni di sicurezza, il tipo di avvolgimento DLW21SH_HQ2 opera in un intervallo di temperatura da -40 a 125°C, con una frequenza di auto-risonanza molto alta, consentendo una frequenza di taglio più elevata e caratteristiche eccellenti di trasmissione dei segnali ad alta velocità. Il DLW31SH_SQ2 raggiunge un'elevata impedenza nella banda di alta frequenza, un'eccellente riduzione del rumore su un'ampia banda di frequenza ed è adatto per l'uso in applicazioni automobilistiche all'interno dell'intervallo di temperatura specificato. Inoltre, Murata offre varie bobine induttive common mode per applicazioni CAN/FlexRay, Ethernet in-vehicle e applicazioni di linea elettrica.

Unità cristallo automotive di alta qualità e induttori di potenza

Murata offre anche risonatori al quarzo di qualità automobilistica (serie XRCGB, serie XRCGE) con la tecnologia di confezionamento unica di Murata, offrendo eccellente qualità, capacità di produzione di massa e convenienza economica. Questi risonatori al quarzo sono progettati per soddisfare gli standard di comunicazione automobilistica di nuova generazione per Ethernet PHY a bordo autovetture con specifiche di prodotto che possono soddisfare i requisiti del cliente. Presentano opzioni di capacità di carico (Cs) di 6pF, 8pF, 10pF, ecc. Inoltre, i prodotti valutati per +125°C / +150°C sono stati aggiunti alla gamma di prodotti.

I risonatori a cristallo di qualità automobilistica di Murata soddisfano i requisiti di affidabilità per l'uso automobilistico (AEC-Q200) e sono sottoposti a vari test, tra cui 1000 ore di esposizione ad alta temperatura a +125°C, 1000 cicli di temperatura da -55°C a +125°C, 1000 ore di carico di umidità con polarizzazione a +85°C, 85% RH, DC6V, e 1000 ore di carico ad alta temperatura a +125°C, DC6V.

Questi risonatori a cristallo presentano un packaging compatto e ad alta affidabilità adatto alla riduzione delle dimensioni delle ECU, con dimensioni di 2,0×1,6 mm. Rispetto alla dimensione di 3,2×2,5 mm, ottengono una straordinaria riduzione del 60% delle dimensioni. Utilizzano la tecnologia CERALOCK per un packaging ad alta affidabilità, offrendo eccellenti proprietà di resistenza meccanica e climatica, come la resistenza agli urti.

La tecnologia proprietaria di Murata per la selezione delle particelle identifica accuratamente i prodotti difettosi con particelle che possono causare il deterioramento delle caratteristiche del risonatore a cristallo durante la produzione. Il design della forma è adatto per AOI (ispezione ottica automatica) e presenta elettrodi agli angoli di piccole dimensioni che migliorano la visibilità dei filetti di saldatura.

Murata offre anche induttori di potenza conformi alla ISO16750-3 (test di vibrazione per motore), raccomandati per trasmissioni di potenza automobilistiche e dispositivi di sicurezza, inclusi MDH10060C-100MB# e MDH10060C-101MB#. Questi induttori di potenza hanno dimensioni di 10,1±0,3mm (lunghezza), 10,0±0,3mm (larghezza) e 6,0±0,3mm (altezza), supportando un'induttanza di 10μH±20% a una frequenza di misura di 0,1MHz, con un intervallo di temperatura operativa (incluso l'aumento della temperatura interna) da -55°C a 150°C. Presentano nuclei magnetici in ferrite schermati.

Per MDH10060C-100MB#, la corrente nominale per il cambiamento di induttanza (Isat) è 4.8A (massimo) / 6A (tipico) e la corrente nominale per l'aumento di temperatura (Itemp) è 3.4A (massimo) / 5.2A (tipico), con una resistenza DC massima di 0.0247Ω e una resistenza DC di 0.019Ω±30%.

Per MDH10060C-101MB#, la corrente nominale per il cambiamento di induttanza (Isat) è 1,5A (massimo) / 1,9A (tipico), e la corrente nominale per l'aumento di temperatura (Itemp) è 1,2A (massimo) / 1,8A (tipico), con una resistenza DC massima di 0,208Ω e una resistenza DC di 0,160Ω±30%.

Conclusione

Il trend dell'elettrificazione automobilistica è destinato a continuare a evolversi su vari fronti, tra cui l'innovazione tecnologica, la domanda di mercato e il supporto normativo. Questa evoluzione rappresenta sia opportunità che sfide per il futuro dell'industria automobilistica. In risposta a questo cambiamento verso l'elettrificazione automobilistica, Murata ha introdotto una gamma di soluzioni mirate ad accelerare la velocità di sviluppo e a migliorare la flessibilità del design dei prodotti legati al settore automobilistico. Con un portafoglio diversificato di prodotti, le soluzioni di Murata giocano un ruolo significativo nel soddisfare le esigenze dinamiche del settore automobilistico.

A causa di limitazioni di spazio, questo articolo copre solo una selezione di prodotti correlati offerti da Murata. Per ulteriori informazioni sulle soluzioni di prodotto legate all'automotive di Murata, si prega di contattare Murata o Arrow per ulteriori dettagli e assistenza.