Az AEC-Q200 minősítésű biztosítékoknak fontos szerepük van a gépjárműipari környezetben

A biztosítékokat vagy más néven olvadóbiztosítókat a villanyvilágítás XIX. század végi megjelenése óta használják alapvető védőeszközként. Ezek az eszközök a villanyáram folyásának (áramkörének) megszakításával védik az eszközöket az olyan hibáktól, mint például a terhelésnél fellépő rövidzárlatok. Ez a megszakítás megvédheti a vezetékeket, az elektronikus eszközöket és a terheléseket a végzetes károktól. Ennélfogva a biztosítékok minimálisra csökkenthetik a személyi sérüléseket, illetve a vagyontárgyakat érő károsodásokat okozó hibaállapotok kockázatát.

A biztosítékok nyújtotta védelem különösen előnyös a folyamatosan bővülő gépjárműpiac és a villanyjárművek (EV-k) iránti növekvő kereslet szempontjából. A villanyjárművekben szükséges áramátalakítás és az egyre növekvő számú elektronikus rendszer miatt az áramkörök védelme elengedhetetlenül fontossá vált a villanyjárművekben található számtalan eszköz védelméhez.

Gépjárműipari biztosítékok

A jellegzetes gépjárműipari biztosíték egy vezetőszálat megolvasztva működik. Egy villamos ív keletkezik, amely a vezetőszálat elolvasztva megszakítja az áramkört. Azt a hőmérsékletet a biztosítékelemben, amelynél ez bekövetkezik, az áramimpulzus (nagysága, alakja és ideje), a környezeti hőmérséklet és a biztosíték jellemzői határozzák meg. Az idő–áram jelleggörbe (angol rövidítéssel TCC, time-current curve) különböző névleges biztosítékáramoknál segít meghatározni a megszakítási időt adott áramerősség esetén. Ez, valamint az olvadási energia (I² × t, ahol I az áramerősség és t az idő) segít meghatározni az adott felhasználási területre megfelelő biztosítékot. A gépjárműipari biztosítékok az iparág változó igényeinek megfelelően fejlődtek. Az 1960-as években az üvegcsöves biztosítékok voltak az általánosan használtak. Manapság a kis méretű késélcsatlakozós biztosítékok a legelterjedtebbek. Ezek többsége gyorsan (néhány ezredmásodperc alatt) reagál, ami a kényes elektronika károsodásának megelőzésére jó, de a villanymotorok esetében az indításkor fellépő magas indítóáram miatt nem. Erre a felhasználási területre kifejlesztettek lomha kioldású biztosítékokat, amelyeknek a válaszideje akár több másodperces is lehet. A gépjárműipari felhasználási területeken használt biztosítékokra vonatkozó egyéb jellemző követelmények közé tartoznak az alábbiak:

• A folyamatosan változó síneken hamarosan nagyobb, akár 800 V-os feszültség is várható. Emiatt 1000 V-ot meghaladó névleges feszültségre lesz szükség, és az áramkörök károsodásának megelőzése érdekében nagy figyelmet kell fordítani az ilyen feszültségeknél keletkező ívkisülésekre.
• Nagy megbízhatóság a meghibásodás miatt bekövetkező végzetes balesetek kockázata miatt.
• Nagy környezetihőmérséklet-tartomány. A motortérben használt biztosítékok –40 ˚C és +150 ˚C közötti vagy ennél nagyobb hőmérséklet-tartománynak is ki lehetnek téve.
• A villanyjárművekben használt összes alkatrész méretcsökkentése esetében kulcsfontosságú a méret és a tömeg csökkentése, aminek az a legfőbb mozgatórugója, hogy adott akkumulátortöltés mellett minél nagyobbra növeljék a jármű teljesítményét és hatótávolságát.
• A változatos útviszonyok és vezetési profilok miatt rendkívül fontos követelmény a rezgésállóság.

Az AEC-Q200 gépjárműipari szabvány

A Chrysler, a Ford és a General Motors az 1990-es években létrehozta a Gépjármű-elektronikai Tanácsot (AEC, Automotive Electronics Council), hogy az közös minőségbiztosítási rendszert dolgozzon ki, és egységesítse a gépjárműipari berendezésekre vonatkozó alkatrész-minősítési szabványokat. Az AEC-Q200 szabvány a passzív alkatrészek terhelésállósági vizsgálatokkal végzett minősítésével foglalkozik. Az AEC-Q200 korábbi D módosítása (Rev. D), amely 2010 júniusában lépett hatályba, az olyan alkatrészekre vonatkozott, mint az ellenállások, kondenzátorok, transzformátorok, rezonátorok, kristályok, visszakapcsolható biztosítékok, termisztorok (hőfokfüggő ellenállások) és varisztorok (feszültségfüggő ellenállások). Ez a szabvány a passzív alkatrészek két fő igénybevételi kategóriáját fedte le:

• Környezeti igénybevétel: ez a hőmérséklet-változási ciklusok ellenőrzését, a magas hőmérsékleten és magas páratartalom mellett végzett villamos terhelési tesztelést, valamint a magas hőmérsékleten való tárolás és a magas hőmérsékleten elérhető üzemi élettartam vizsgálatát foglalja magában.
• Fizikai igénybevétel: ez a rezgésállóság, a mechanikai ütésállóság, a forraszthatóság és a forrasztási hővel szembeni ellenállás, a gyúlékonyság és az az oldószerekkel szembeni ellenállás vizsgálatát, valamint a csatlakozó szilárdságának ellenőrzését foglalja magában.

Az AEC-Q200 frissítése, az E módosítás (Rev. E), amely 2023 márciusában jelent meg, kiegészíti a biztosítékokra vonatkozó megbízhatósági követelményeket. Amint az 1. ábra mutatja, az E módosítás a terhelésállósági vizsgálatok átfogó listáját tartalmazza, amely kiterjed a fent említett környezeti és fizikai terhelésállósági szempontokra is.

1. ábra: A biztosítékokra előírt, az AEC-Q200 szabvány E módosítása szerinti terhelésállósági vizsgálatokat mutató ábra (ábra: Littelfuse)

Amint az 1. ábrán látható, az AEC-Q200 szabvány E módosítása szerinti terhelésállósági vizsgálatok szigorúbbak, mint az általános, nem gépjárműipari vizsgálatok. A legutolsó módosítással néhány kulcsfontosságú ellenőrzést is hozzáadtak a listához, ilyen például az 1000 órás élettartam-vizsgálatot a megadott legnagyobb üzemi hőmérsékleten. A biztosítékok vizsgálati módszertana előírja a terhelésállósági vizsgálat előtti és utáni ellenállásméréseket, valamint a terhelésállósági vizsgálat utáni áramterhelhetőségi és túlterhelési vizsgálatokat. Az AEC-Q200 szabvány E módosításának célja, hogy olyan általános szabványt hozzon létre, amelyet a gyártók a gépjárműiparban használt biztosítékok tervezésére és ellenőrzésére használhatnak.

Az AEC-Q200 szabvány E módosítása szerint minősített Littelfuse-biztosítékok

A Littelfuse hosszú múltra tekint vissza a gépjárműipari biztosítékok fejlesztése és gyártása terén. Gépjárműipari biztosítékokat az 1930-as években gyártottak először, és ATO^® típusú gyors működésű késélcsatlakozós biztosítékukat globális szabványnak tekintik. A Littelfuse hozzájárult az E módosításban szereplő, a biztosítékokra vonatkozó, minősítésre szolgáló terhelésállósági vizsgálatok kidolgozásához, mivel a gépjárműipari biztosítékokra vonatkozó saját belső minősítő vizsgálataik már összhangban voltak az AEC-Q200 szabvány E módosításával.

A 2. ábra a Littelfuse gépjárműipari berendezésekbe szánt biztosítékainak választékát mutatja. Ezek a biztosítékok többféle kialakításban kaphatóak, például furatszerelt, felületszerelt és cserélhető kivitelben is.

2. ábra: A Littelfuse AEC-Q200 minősítésű, gépjárműipari berendezésekbe szánt biztosítékainak választéka (ábra: Littelfuse)

Az alábbiakban részletezzük a Littelfuse néhány AEC-Q200 minősítésű biztosítékának adatait:

• A 828-as sorozatú cserélhető biztosíték nagyfeszültségű, 1000 V névleges egyenfeszültséggel, a névleges feszültségen 10 kA névleges megszakítási áramerősséggel. Ezek a biztosítékok fedélzeti töltőkben (OBC, on-board charger) és áramelosztókban (PDU, power distribution unit) való használatra alkalmasak.
• A felületszerelt 885 Nano2^® sorozat legfeljebb 500 V névleges egyenfeszültségű, 350 V egyenfeszültségen 1500 A névleges megszakítási áramerősséggel. Ezek a kis méretű biztosítékok Li-ion akkumulátorokban, akkumulátorfigyelő rendszerekben (BMS, battery management system) és a nagyfeszültségű egyenáram-átalakítókban használhatók.
• A 437A sorozatú, felületszerelt vékonyréteg-lapkabiztosíték 32 V és 125 V egyenfeszültség közötti névleges feszültségű, és 50 A a névleges megszakítási áramerőssége. Kis méretükkel és gyors válaszidejükkel ideálisak a kis méretű gépjármű-elektronikai berendezésekbe, például a LED-es fényszórók, navigációs rendszerek, TFT-kijelzők stb. másodlagos áramkörvédelmére.
• A PICOII^® 521 sorozatú, furatszerelt, kerámiatestű, nagyon gyors működésű biztosíték helytakarékos, rendkívül kis méretű tokozással. A névleges feszültsége 75 V, a megszakítási áramerőssége a névleges feszültségen 300 A. Ezek a biztosítékok az akkumulátorfigyelő rendszerek védelmére használhatók.

Összegzés

A villanyjárművekben egyre több elektronikus és villamos áramátalakító eszközre és modulra van szükség. A biztosítékoknak fontos szerepük van a biztonság területén, nemcsak az általuk védett elektronikus alkatrészek, vezetékek és eszközök, hanem a járművet kezelő személyzet védelmében is. A biztosítékoknak az AEC-Q200 minősítési szabványokba foglalása garantálja, hogy ezek a létfontosságú alkatrészek egységes szabványnak feleljenek meg. A Littelfuse cég választékában számos AEC-Q200 minősítésű biztosíték található, amelyek a villanyjárművek sokféle túláramvédelmi eszközében használhatók.