Vol.2 在EV無線充電系統(tǒng)中的應用 概要

隨著材料技術(shù)與積層技術(shù)的不斷精進，在進一步實現(xiàn)MLCC(積層貼片陶瓷片式電容器)小型化及大容量化的趨勢中，近年來，溫度補償用(種類1)MLCC的耐電壓與電容量的擴大也得到了顯著發(fā)展。
由TDK開發(fā)的C0G特性·高耐壓MLCC是一款通過C0G特性，在行業(yè)最高等級的廣電容量范圍(1nF～33nF)內(nèi)實現(xiàn)了1000V耐電壓的產(chǎn)品。在諧振電路等用途中，以往使用薄膜電容器的領(lǐng)域中也逐漸被MLCC所取代。
以下就將該C0G特性·高耐壓MLCC的特點，以及在EV無線充電系統(tǒng)中替換薄膜電容器及其優(yōu)點為中心進行說明。

替換為MLCC的事例：EV無線充電系統(tǒng)

無線充電在包括智能手機在內(nèi)的各類移動設(shè)備中得到廣泛普及。TDK的C0G特性MLCC具備尺寸小的特點，同時因其溫度特性優(yōu)異，作為移動設(shè)備的無線充電諧振用電容器得到廣泛使用。而另一方面，TDK的EV(電動車)無線充電技術(shù)開發(fā)也在不斷發(fā)展。
從環(huán)境問題與油耗角度來看，世界各國的大型汽車生產(chǎn)商正聚焦于環(huán)保汽車中最被重視的EV，并開發(fā)出了各種車型。而充電設(shè)備等基礎(chǔ)設(shè)施的完善以及續(xù)航距離的延長正是EV得到普及所不可或缺的一項因素。充電基礎(chǔ)設(shè)施方面，雖然在高速公路的服務區(qū)/停車區(qū)、機場、購物廣場等停車場等場所增加設(shè)置了充電樁，但今后作為充電基礎(chǔ)設(shè)施而頗受期待的則是可進行無線非接觸式充電的無線充電系統(tǒng)。同時，無線充電在自動駕駛實用化階段中是不可或缺的一項技術(shù)。
TDK在開發(fā)為移動設(shè)備內(nèi)置電池充電的電磁感應式無線充電方式的同時，還走在近年來頗受關(guān)注的磁共振式無線充電技術(shù)開發(fā)的前列，并且至今為止在自動導引運輸車(AGV)及電梯等產(chǎn)業(yè)設(shè)備領(lǐng)域中滿足著客戶的使用需求。此處介紹的EV無線充電也是采用了TDK磁性體技術(shù)及介電質(zhì)技術(shù)等的先進磁共振式系統(tǒng)。

磁共振式無線充電的原理以及特點

得到廣泛運用的電磁感應式無線充電系統(tǒng)與切斷變壓器鐵芯，并設(shè)置空隙的結(jié)構(gòu)相同。該方式的優(yōu)點在于成本低，但當輸電/受電線圈間隔增大時，傳輸效率會大幅降低。隨著線圈距離的增加，部分磁通會變?yōu)槁┐磐ǎ瑥亩鴷咕€圈間的磁耦合減弱。而該磁耦合程度則以耦合系數(shù)(k)表示。耦合系數(shù)是在0≦k≦1范圍內(nèi)的值，在沒有漏磁通的理想情況下為1，線圈間隔越大，或線圈偏離中心位置越遠，則漏磁通會越多，從而導致耦合系數(shù)下降，最終將會變?yōu)?。而磁共振式無線充電則是為克服該難點而誕生的全新方式。
磁共振式是在輸電側(cè)與受電側(cè)分別插入電容器，形成LC諧振電路，并使輸電側(cè)與受電側(cè)諧振頻率一致，從而進行電力傳輸?shù)姆绞?。其特點在于即使線圈間的距離多少會出現(xiàn)擴大，或偏離中心位置的情況等在耦合系數(shù)較低的狀態(tài)下也能實現(xiàn)高傳輸效率。其基本原理如圖1所示。

圖1：磁共振式無線充電的基本原理

在通過磁共振無線充電的EV充電系統(tǒng)中，高電力用諧振電容器是其重要元件之一。這是因為在短時間內(nèi)通過無線方式高效供應大電力，要求在高耐電壓狀態(tài)下保持高精度的諧振電路。
而薄膜電容器則是能夠滿足這一要求的強有力產(chǎn)品。但為了延長續(xù)航距離及確保車內(nèi)空間，EV要求實現(xiàn)進一步小型及輕量化，在此之中，替換為能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)約電路空間的C0G特性MLCC則能夠帶來巨大優(yōu)勢。以往幾乎沒有在C0G特性下實現(xiàn)1000V耐電壓的產(chǎn)品，但通過TDK新開發(fā)的C0G特性·高耐壓MLCC則可有效進行替換。