AEC-Q200-hyväksytyillä sulakkeilla on kriittinen rooli autoteollisuusympäristössä

Sulakkeita on käytetty tärkeinä suojalaitteina siitä lähtien, kun sähkövalon käyttö alkoi 1800-luvun lopulla. Ne suojaavat laitteita kuormassa esiintyviltä vioilta, kuten oikosuluilta, katkaisemalla sähkövirran kulun. Tämä katkaisu voi suojata johdotusta, elektroniikkalaitteita ja kuormaa katastrofaalisilta vaurioilta. Näin sulakkeet voivat minimoida vikatilojen aiheuttaman henkilövammojen ja esinevahinkojen riskin.

Sulakkeiden tarjoama suoja on erityisen hyödyllinen kasvavien autoteollisuusmarkkinoiden ja sähköajoneuvojen kasvavan kysynnän kannalta. Sähköajoneuvojen tehomuunnoksen ja elektroniikkajärjestelmien määrän jatkuvan kasvun myötä piirisuojauksesta on tullut välttämätöntä sähköajoneuvojen lukuisien sähkölaitteiden suojaamiseksi.

Autosulakkeet

Tyypillinen autosulake toimii sulattamalla sähköä johtavan langan. Tämän jälkeen syntyy valokaari, joka muuttaa langan avoimeksi virtapiiriksi. Virtapulssi (suuruus, muoto ja kestoaika), ympäristön lämpötila ja sulakkeen ominaisuudet määräävät sulakelangan lämpötilan, jossa tämä tapahtuu. Aika-virta-kuvaaja (kutsutaan nimellä TCC) sulakkeiden eri virtaluokituksilla auttaa määrittämään katkaisuajan tietyllä virralla. Tämä puolestaan auttaa yhdessä sulamisenergian (I² x t, jossa I on virta ja t on aika) kanssa määrittämään sovellukseen sopivan sulakkeen. Autosulakkeet ovat muuttuneet alan muuttuvien tarpeiden mukaan. 1960-luvulla käytettiin yleisesti lasiputkisulakkeita. Nykyään käytetään eniten lattasulakkeita, jotka ovat kompaktimpia. Useimmat niistä reagoivat nopeasti (muutamassa millisekunnissa), mikä on hyvä tapa estää herkän elektroniikan vahingoittuminen. Ne eivät kuitenkaan sovellu moottoreille korkean käynnistysvirran vuoksi. Tätä sovellusta varten on kehitetty hitaita sulakkeita, joiden vasteaika voi olla useiden sekuntien luokkaa. Muihin autoteollisuussovelluksissa käytettäville sulakkeille asetettuihin ominaisvaatimuksiin kuuluvat muun muassa seuraavat:

• Latausväylälle odotetaan lähiaikoina korkeampia, jopa 800 V:n jännitteitä. Tästä syystä tarvitaan yli 1000 V:n jänniteluokitusta. Näin korkeilla jännitteillä syntyvään kaaripurkaukseen on kiinnitettävä paljon huomiota virtapiirin vaurioitumisen estämiseksi.
• Korkea luotettavuus, koska riskinä on, että vikaantuminen voi aiheuttaa katastrofaalisen onnettomuuden.
• Laaja ympäristön lämpötila-alue. Moottoritilassa käytettävät sulakkeet voivat altistua jopa lämpötila-alueelle −40 ...+150 ˚C tai enemmänkin.
• Koko, paino ja muoto ovat tärkeimpiä minimointitavoitteita kaikille sähköajoneuvoissa käytettäville komponenteille, koska ajoneuvon suorituskykyä ja toimintamatkaa on lisättävä akun varaustasoa kasvattamatta.
• Tärinänkestävyys on keskeinen vaatimus vaihtelevien tieolosuhteiden ja ajoprofiilien vuoksi.

Autoteollisuuden standardi AEC-Q200

Chrysler, Ford ja General Motors perustivat 1990-luvulla Automotive Electronics Councilin (AEC) luodakseen yhteisen laatujärjestelmän ja yhdenmukaistaakseen osia koskevat vaatimusstandardit autoteollisuussovelluksia varten. AEC-Q200-standardi kattaa passiivisten komponenttien kuormitustestivaatimukset. AEC-Q200-standardin aiempi versio Rev D, joka on ollut voimassa kesäkuusta 2010 lähtien, kattoi sellaiset komponentit kuten vastukset, kondensaattorit, muuntajat, resonaattorit, kiteet, nollattavat sulakkeet, termistorit ja varistorit. Tämä standardi kattoi passiivisten komponenttien kaksi pääkuormitusluokkaa:

• Ympäristökuormitus: Tämä kattaa lämpötila- ja kosteusvaihtelut, varastoinnin korkeassa lämpötilassa sekä elinikätestit korkeassa lämpötilassa.
• Fyysinen kuormitus: Tähän kuuluvat tärinä, mekaaniset iskut, juotettavuus ja juotoslämmön kestävyys, syttyvyys, liitäntälujuus ja liuottimien kestävyys.

Maaliskuussa 2023 julkaistu AEC-Q200 Rev E -päivitys lisää standardiin sulakkeiden luotettavuusvaatimukset. Kuten kuva 1 näyttää, Rev E sisältää kattavan luettelon kuormitustestejä, jotka käsittävät sekä edellä mainitut ympäristötestit että fyysiset kuormitustekijät.

Kuva 1: Kuvaus AEC-Q200-standardin Rev E -päivityksessä sulakkeille määritellyistä kuormitustesteistä. (Kuvan lähde: Littelfuse)

Kuten kuva 1 näyttää, AEC-Q200-standardin Rev E -päivityksen asettamat kuormitusvaatimukset ovat tiukempia kuin muiden teollisuudenalojen tyypillisissä testeissä. Joitakin tärkeitä testejä on nyt lisätty, kuten 1000 tunnin elinikätesti määritellyssä enimmäiskäyttölämpötilassa. Sulakkeiden testausmetodologia vaatii kuormitusta edeltäviä ja kuormituksen jälkeisiä vastusmittauksia sekä kuormituksen jälkeisiä virrankestävyys- ja ylikuormitustestejä. AEC-Q200 Rev E -päivityksen tavoitteena on tarjota yhteinen standardi, jota valmistajat voivat käyttää autoteollisuusmarkkinoilla käytettävien sulakkeiden suunnitteluun ja testaukseen.

Littelfusen AEC-Q200 Rev E -hyväksytyt sulakkeet

Littelfusella on pitkä historia autoteollisuuden sulakkeiden kehittämisessä ja valmistuksessa. Littelfuse toi autosulakkeet ensimmäisen kerran markkinoille 1930-luvulla, ja sen nopeita ATO^®-lattasulakkeita pidetään maailmanlaajuisena standardina. Littelfuse osallistui sulakkeiden Rev E -kuormitustestivaatimusten kehittämiseen ja yrityksen omat sisäiset autosulakkeiden testausvaatimukset olivat jo AEC-Q200 Rev E -päivityksen mukaisia.

Kuva 2 esittelee Littelfusen ajoneuvosovelluksiin valmistettujen sulakkeiden valikoimaa. Niitä on saatavana monessa eri muodossa, kuten läpiasennettavina, pinta-asennus- ja putkimalleina.

Kuva 2: Littelfusen autosovelluksiin tarkoitettujen AEC-Q200-hyväksyttyjen sulakkeiden valikoima. (Kuvan lähde: Littelfuse)

Alla olevassa luettelossa esitetään lisätietoja eräistä yrityksen AEC-Q200-hyväksytyistä sulakkeista:

• 828-putkisulakesarja tarjoaa korkean jänniteluokituksen 1000 V_DC, ja sen katkaisuluokitus on 10 kA nimellisjännitteellä.  Tämä sarja on tarkoitettu autojen sisäisiin latureihin (OBC) ja virranjakeluyksikköihin (PDU).
• Pinta-asennettavan 885 Nano2^® -sarjan jänniteluokitus on jopa 500 V_DC ja sitä on saatavana katkaisuluokituksella 1500 A jännitteellä 350 V_DC. Näitä kompakteja sulakkeita voidaan käyttää litiumioniakkuyksiköissä, akunhallintajärjestelmissä (BMS) ja DC/DC-korkeajännitemuuntimissa.
• Pinta-asennettavan ja ohutkalvoisen sirusulakesarjan 437A jänniteluokitusalue on 32 V_DC ... 125 V_DC ja sen katkaisuluokitus on 50 A nimellisjännitteellä. Nämä sulakkeet soveltuvat pienen kokonsa ja nopean vasteaikansa ansiosta erinomaisesti kompaktin autoelektroniikan sekundääriseen piirisuojaukseen, esimerkkeinä lediajovalot, navigointijärjestelmät ja TFT-näytöt.
• PICOII^® 521 -sarja käyttää läpiasennettavaa keraamista runkoa ja se on erittäin nopea sulake tilaa säästävässä subminiatyyrikotelossa. Sen jänniteluokitus on 75 V ja katkaisuvirtaluokitus 300 A nimellisjännitteellä. Niitä voidaan käyttää akunhallintajärjestelmien (BMS) suojaukseen.

Yhteenveto

Sähköajoneuvot vaativat enemmän elektroniikkaa sekä sähkötehon muunnoskomponentteja ja -moduuleja. Sulakkeilla on kriittinen suojaustehtävä, ei pelkästään niillä suojattavien elektroniikkakomponenttien, johdotusten ja laitteiden, vaan myös ajoneuvoa käyttävän henkilöstön kannalta. Sulakkeiden sisällyttäminen AEC-Q200-vaatimusstandardeihin takaa, että nämä elintärkeät komponentit täyttävät yhtenäiset ja standardisoidut vaatimukset. Littelfuse tarjoaa laajan valikoiman AEC-Q200-hyväksyttyjä sulakkeita, joita voidaan käyttää sähköajoneuvojen erilaisissa ylivirtasuojaussovelluksissa.