村田电子：顺应时代需求的新型电容器为何能在全球得到广泛应用

发布时间：2024-05-17 13:06
作者：AMEYA360
来源：村田电子
阅读量：630

　　随着汽车电动化和电子控制化的进展，车载计算机和电气部件也在逐渐向大功率化的方向发展。而构成这些车载设备电源电路的电子元器件也必须随之进行技术革新。太阳诱电集团携手全资子公司ELNA，开发并供应新型电容器“导电性高分子混合铝电解电容器”，从而推动实现大功率电源的高效化和小型化，为汽车行业的发展做出一份贡献。

村田电子：顺应时代需求的新型电容器为何能在全球得到广泛应用

　　汽车电子化不断发展，电源元器件也要跟进

　　从雨刷和电动车窗,再到行驶、转弯、停车等基本功能,一台现代化的汽车,各类机械装置都是由高精车载计算机进行精密控制的。而且近年来,越来越多的汽车开始装载运用高精信息处理技术的先进驾驶辅助系统 (ADAS),预计在不久的将来,还将出现进化版的软件定义汽车(software defined vehicles.SDv),即通过软件实现自动驾驶和高附加值车载功能的汽车。

　　今天的汽车就已经被称为“行驶的电脑”,而随着电动化和电子控制化的不断发展,今后的汽车还会继续进化成为“行驶的数据中心”。在此过程中,就必然需要装载更高性能的车载计算机和网络设备,以及需要更高功率的马达才能驱动的电气部件。一般情况下,这些车载设备的功能越向高精化发展,就越倾向于消耗更多的电力。为此就需要能更高效且稳定供给电力的电源电路。然而构成现有电源电路的电子元器件却并不能充分满足下一代汽车所需的技术条件。随着汽车的不断进化,车载电源电路中所装载的电子元器件也需要进行技术革新。

　　太阳诱电集团ELNA株式会社 电容器事业部技术开发部 部长 中村忠浩“我们扩充了新型电容器“导电性高分子混合铝电解电容器(以下简称混合型电容器)’的产品阵容,这将有助于车载设备大功率化所需的电源电路更进一步实现高可靠性、长寿命化、高效化和小型化。”太阳诱电子公司ELNA的中村忠浩如是说。

村田电子：顺应时代需求的新型电容器为何能在全球得到广泛应用

　　电容器等构成车载电源电路的电子元器件，必须选择高可靠性、长寿命、高效率的产品。而且随着车载设备性能的提升，对于这些电子元器件的技术要求也越来越严格。

    中村说：“车载电源电路的电容器大多采用多层陶瓷电容器(MLCC)以及更加符合耐高压化和大容量化需求的‘铝电解电容器’。但是铝电解电容器的技术已经充分成熟，在结构层面上已没有提高性能的余地，这就很难实现符合车载设备高性能化要求的特性”。

    开关电源也用于车载电源电路中，出现了通过提高开关频率来推动实现高效化和小型化的趋势。能在100kHz以上的环境下运行的电源电路已经投入使用，在运用新一代材料氮化镓(GaN)的功率半导体电路中，也开始应用1MHz驱动。而现有的铝电解电容器都还不能胜任这些用途。

     中村又说道：“混合型电容器的电解质同时采用传统的电解液和低电阻导电性高分子。因此与铝电解电容器相比，混合型电容器可以在更宽的频带和温度范围内降低等效串联电阻(ESR)。ESR是用于表示电容器的电气特性和可靠性性能的指标之一，ESR值越低，电容器在电源电路中的平滑特性和瞬态响应特性就越良好，可以获得稳定的输出功率。并且，混合型电容器具有能在高频率下吸收噪音等卓越特性，所以能满足车载电源电路的要求。”

村田电子：顺应时代需求的新型电容器为何能在全球得到广泛应用

　　可实现的特性因电容器的材料和结构而存在较大差异。混合型电容器可以在高开关频率下运转，并且适合处理电压电力较高的电源电路。这符合新一代车载电源的要求。

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　　村田制作所最近参展了日本横滨举办的超大型汽车技术展览——“人与汽车技术展览会”。为了实现无人驾驶和驾驶辅助等目的，汽车应用引进电气化和电子控制系统的情况不断增加;为了实现舒适的出行，人们对提高车内舒适性的需求也日益增长;另一方面，汽车中配备的电子元件数量的增加会导致产生噪声等，可能导致安全方面的问题。展览期间，村田展示了应对这些汽车应用挑战的解决方案。　　CO2吸附过滤器　　“看!二氧化碳的浓度正在不断下降。”许多参观者聚集过来观看村田工作人员的演示。村田在此次人与汽车技术展览会上展出的是“CO2吸附过滤器”，旨在解决只要车里有人就不可避免的CO2(二氧化碳)问题。　　该装置使用一种名为“金属有机框架(MOF)”的材料，该材料有很多纳米级的孔，可以吸附并消除车内的CO2。在演示当中，展示了通过使装有CO2的容器中的空气流经本产品来逐步降低CO2浓度的情景。　　众所周知，CO2浓度升高会导致呼吸困难、疲劳和困倦等问题。虽然可以通过使用车载空调吸入外部空气来一定程度解决这一问题，但空调耗电量大，会导致电池劣化和续航里程缩短的问题。本产品开发的动机是随着电动汽车(EV)越来越普及，能源节省需求不断增长。本产品通过在具有许多小孔的MOF中配合吸附CO2的材料，使其能够有效吸附大量的CO2。减少了空调吸入外部空气的次数，从而节省能源。　　此外，无人驾驶技术的进步正在带来汽车内部空间的不断变化。汽车内部并不是驾驶的地方，而是用来休息或工作的空间。对舒适性的需求也在不断增加，村田的负责人表示：“减少吸入外部空气的次数不仅可以节省能源，还可以解决外部空气异味、花粉和空调噪音等问题。今后，我们将不断获取人们使用汽车作为放松和提高注意力的空间使用的需求。”(注：本产品目前正在开发，销售日程尚未确定。)　　利用RFID提高轮胎管理效率　　帮助解决物流问题，为陆路运输的运输能力不足做准备，村田展示了内置RFID(Radio Frequency Identification)模块的轮胎，它可以通过无线通信交换信息。日本从2024年4月起强化对卡车司机加班的管制，引发了人们对运输能力不足的担忧。在需要效率高的工作方式的形势下，本产品可以减少运输公司在点检和管理轮胎上所花费的时间。　　轮胎RFID模块是与全世界超大的汽车轮胎制造商米其林(法国)联合开发的。它具有专有的结构，可以承受行驶时的振动和冲击，并嵌入轮胎侧面。村田设想的使用方法是使用专用终端即时读取与轮胎生命周期相关的信息，例如轮胎安装或维修的日期等。在人类与汽车技术展览会上，村田展示了内置RFID模块的实际轮胎，并演示了如何使用专用终端读取轮胎信息。　　RFID模块嵌入轮胎侧面，通过专有的结构确保高耐久性，有助于减少轮胎管理的时间。运输公司会在卡车出发前对轮胎进行点检，但许多公司使用纸张来记录点检信息。在这种情况下，存在将填写好的纸张拿到管理事务所很麻烦、纸张未能妥善保管等问题。　　如果使用内置村田RFID模块的轮胎，则可以方便地记录和积累此类点检信息，从而减少点检和管理所需的时间。村田希望通过提高日常业务效率，营造一个让司机能更专注于驾驶的环境，解决运输能力不足的问题。村田的工作人员呼吁：“它可以用于对轮胎维护历史等进行分析。建议运输行业的人士也使用它。”　　此外，村田的负责人还表示：“在人与汽车技术展览会上，我们希望让迄今为止与村田接触不多的运输公司人员也能看到我们的产品，并听到更多来自现场的声音。”　　去寄生电感降噪元件　　通过降低噪声帮助提高安全性并节省空间的去寄生电感降噪元件。在减少撞车损害的自动刹车中配备行人检测;在驻车辅助系统中配备车道偏离检测……。高级驾驶辅助系统(ADAS)的进步导致汽车中配备的电子元件数量增加。另一方面，目前的情况是，汽车中配备的电子元件越多，从安全性角度看，噪声对策就越重要。村田在“人与汽车技术展览会”上也展示了许多可以帮助解决这些问题的解决方案。　　其中之一是“去寄生电感降噪元件”。这是村田首款利用“负电感”特性消除噪声的电子元件。可以提高电容器的噪声消除性能，并通过减少部件数量来帮助节省电路板空间。能够提高电容器噪声消除性能的新产品引起了人们浓厚的兴趣。　　迄今为止，噪声遏制都是通过排列多个电容器来实现的。如果使用去寄生电感降噪元件，则可以用更少的电容器来实现噪声消除。例如，在使用行车记录仪的实验中，我们确认了即使减少10个电容器，如果放置1个寄生电感降噪元件，就能获得比以前更优的噪声消除性能。　　我们预计存在将本产品用作电源电路的静噪元件的需求。随着汽车的电子控制化和电气化程度不断提高，本产品可以遏制导致汽车故障的噪声，同时还可以通过节省电路板的空间帮助扩大车内空间，达到一箭双雕的效果。　　注：文章内容为截至文章发表之日的信息。产品和解决方案的规格和外观如有变更，恕不另行通知。
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