車載用環境で重要な役割を果たすAEC-Q200適合ヒューズ
著者 Rolf Horn(ロルフ・ホーン) 氏
DigiKeyのヨーロッパ担当編集者の提供
2023-10-12
マルツ掲載日：2024-02-12
ヒューズは、19世紀後半の電気照明の黎明期から、必要不可欠な保護装置として使用されてきました。電流の流れを遮断することで、負荷で発生する短絡などの故障からデバイスを保護します。
この遮断により、配線、電子デバイス、負荷を壊滅的な損傷から保護することができます。したがって、ヒューズは、人や財産を傷つけるフォールト状態のリスクを最小限に抑えることができるのです。
ヒューズが提供する保護は、成長する車載用市場と電気自動車(EV)の需要の高まりにとって特に有益です。EVの電力変換と増加し続ける電子システムにより、回路保護はEVに存在する無数のデバイスを保護するために必須となっています。
車載用ヒューズ
一般的な車載用ヒューズは、導電性リンクを溶断することで機能します。その後、電気アークが発生し、リンクが開回路になります。電流パルス(大きさ、形状、時間)、周囲温度、ヒューズの特性により、開回路が発生するヒューズエレメント内の温度が決まります。
異なる定格ヒューズ電流における時間-電流曲線(TCC と呼ばれる)は、所定の電流における遮断時間を特定するのに役立ちます。これは、溶断エネルギー(I2×t、Iは電流、tは時間)とともに、用途に適したヒューズを決定するのに役立ちます。車載用ヒューズは、変化する業界のニーズに合わせて進化してきました。1960年代には、ガラス管ヒューズが一般的に使用されました。現在最も使用されているのは、より小型のブレードヒューズです。
これらの多くは高速応答(数ミリ秒単位)であり、高感度の電子機器の損傷を防ぐのに優れていますが、始動時の突入電流が高いためモータには向きません。スローブローヒューズはこの用途に向けて開発されたもので、応答時間は数秒ほどです。車載用アプリケーションに使用されるヒューズのその他の特性要件には、以下のようなものがあります。
・変化を続けるバスの電圧は、まもなく最大800Vまで上がる見込みです。そのため、1,000Vを超える定格が必要となり、この電圧で発生するアーク放電には、回路の損傷を防ぐために細心の注意を払う必要があります。
・故障による大惨事のリスクがあるため、高い信頼性が必要です。
・広範な周囲温度。エンジンコンパートメントで使用するヒューズは、－40℃～+150℃またはそれ以上の範囲の温度にさらされる可能性があります。
・サイズ、重量、フォームファクタは、EVに使用されるすべての部品の重要な最小化目標であり、所定のバッテリ充電量に対する車両性能と航続距離を向上させるというニーズによって後押しされています。
・さまざまな路面状況や駆動プロファイルに対応するため、耐振動性は重要な要件となります。
AEC-Q200車載用規格
Chrysler、Ford、General Motorsは、1990年代に車載電子部品評議会(AEC)を設立し、共通の品質システムを構築して車載用アプリケーションの部品認定規格を統一しました。AEC-Q200規格は、受動部品の応力試験適格性をカバーしています。
2010年6月から有効だった以前のAEC-Q200 Rev D規格は、抵抗器、コンデンサ、トランス、共振子、水晶振動子、リセット可能ヒューズ、サーミスタ、バリスタなどの部品を対象としていました。この規格は、受動部品に関する以下の2つの主要な応力カテゴリをカバーしていました。
・環境応力：これには、温度サイクル試験、湿度バイアス試験、高温保管試験、高温動作寿命試験が含まれます。
・物理的応力：これには、振動、機械的衝撃、はんだ付け性、はんだ耐熱性、可燃性、端子強度、耐溶剤性が含まれます。
2023年3月にリリースされたAEC-Q200のRev E更新では、ヒューズの信頼性要件が追加されています。図1に示すように、Rev Eには、上記の環境応力要因と物理的応力要因の両方を含む包括的な応力試験のリストが含まれています。
図1：ヒューズ用に規定されたAEC-Q200 Rev Eの応力試験。(画像提供：Littelfuse)
図1に示すように、AEC-Q200 Rev Eの応力条件は、一般的な非車載用試験よりも厳格です。最高規定動作温度での1,000時間の動作寿命試験など、いくつかの重要な試験が追加されました。
ヒューズの試験方法には、応力前と応力後の抵抗測定と、応力後に行われる通電容量試験と過負荷試験が必要です。AEC-Q200 Rev Eの目標は、車載用市場で使用されるヒューズの設計や試験のためにメーカーが利用できる共通規格を提供することです。
LittelfuseのAEC-Q200 Rev E適合ヒューズ
Littelfuseは、車載用ヒューズの開発と製造において長い歴史を誇ります。1930年代に初めて車載用ヒューズを発売し、同社のATO®高速作動ブレードヒューズは世界標準とみなされています。
Littelfuseは、社内の車載用ヒューズ適合試験がすでにAEC-Q200 Rev Eと合致していたことから、ヒューズのRev E適合応力試験の開発に貢献しました。
図2は、Littelfuseが製造する車載用アプリケーション向けのヒューズ製品群を示しています。スルーホール、面実装、カートリッジなど、さまざまな本体スタイルがあります。
図2：Littelfuseの車載用アプリケーション向けAEC-Q200適合ヒューズ製品群を示しています。(画像提供：Littelfuse)
以下は、同社のAEC-Q200適合ヒューズの一部の詳細リストです。
・828シリーズ カートリッジヒューズは、1,000VDCの高電圧定格を特長とし、定格電圧で10kAの遮断定格を備えています。このシリーズは、OBCとPDUを対象としています。
・面実装の885シリーズ Nano2ヒューズの電圧定格は最大500VDCで、350VDCで利用可能な遮断定格は1,500Aです。これらの小型ヒューズは、Liイオンバッテリパック、BMS、HV DC/DCコンバータで使用できます。
・面実装薄膜チップヒューズの437シリーズは、電圧定格が32VDC～125VDCで、定格電圧での遮断定格が50Aです。フットプリントが小さく、応答時間が速いため、LEDヘッドライト、ナビゲーションシステム、TFTディスプレイなどの小型車載用電子機器の2次回路保護に最適です。
・スルーホールセラミックボディのPICOII 521シリーズは、省スペースのサブミニチュアパッケージの超高速作動ヒューズです。電圧定格は75Vで、定格電圧での遮断電流定格は300Aです。これはBMS保護に使用できます。
まとめ
EVには、より多くの電子・電力変換部品やモジュールが必要となります。ヒューズは、保護対象の電子部品、配線、デバイスだけでなく、車両を操作する人にとっても重要な安全上の役割を果たします。
AEC-Q200適合規格にヒューズが含まれることで、これらの重要な部品が統一規格に適合することが保証されます。Littelfuseは、さまざまなEV過電流保護アプリケーションに使用できる幅広いAEC-Q200適合ヒューズを用意しています。
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