gesponsertElektromobilität vorantreiben Leitfaden zum Testen von Elektrofahrzeugen und Ladestationen

Dieser umfassende Anwendungsleitfaden unterstreicht die Eignung hochisolierender Reed-Relais für Instrumentierung und Testgeräte zur präzisen Messung hoher Spannungen und zur strengen Überprüfung der elektrischen Isolationseigenschaften in Elektrofahrzeugen und Ladestationen.

Hochspannungs- und Isolationswiderstandsprüfung

Die Elektrifizierung der Antriebsstränge in reinen Elektrofahrzeugen (EVs) und die teilweise Elektrifizierung in Hybriden und Plug-in-Hybriden (HEVs und PHEVs) ist nur durch das Vorhandensein von Hochspannungsbatterien, Wechselrichtern und leistungsstarken Motoren möglich. Außerdem sind diese Hochspannungskomponenten „erdfrei“, da keine ihrer Stromanschlüsse am Gehäuse geerdet ist. Dementsprechend sind alle Komponenten und hochstromführenden Kabel stark isoliert.

Die Entwicklung und Herstellung von Elektrofahrzeugen und deren Derivaten erfordert spezielle Ausrüstung und Verfahren, um die Sicherheit zu gewährleisten. Wenn diese Fahrzeuge in Dienst gestellt werden, sind auch für ihre Wartung, Reparatur und Bergung dieselben Geräte und Verfahren erforderlich.

Wie der Health & Safety Executive (HSE) feststellt: „Menschen in der Kraftfahrzeugreparatur- und -rückgewinnungsbranche stoßen jetzt eher auf Elektro- und Nutzfahrzeuge und müssen sich daher der zusätzlichen Gefahren bewusst sein, denen sie bei der Arbeit mit diesen ausgesetzt sein können.

Die HSE stellt außerdem fest, dass diejenigen, die an den Fahrzeugen arbeiten, zusätzlich zu einem breiteren Spektrum an Fähigkeiten und Kenntnissen Zugang zu Spezialwerkzeugen und -ausrüstung benötigen, um sicher arbeiten zu können. Es besteht daher ein Bestreben, Instrumente zur sicheren Prüfung von Hochspannungen im Automobilbereich zu entwickeln.

Bei einem Elektrofahrzeug gilt für Hochspannung alles über 60 V. Die meisten Elektrofahrzeuge auf der Straße verwenden derzeit 400-VDC-Akkus. Einige OEMs steigen auf 800-VDC um, da die doppelte Spannung den halben Strom bedeutet (bei gleicher Leistung) und der Strom die Draht-/Kabelstärke und damit das Gewicht bestimmt.

Wie bereits erwähnt, sind alle Stromkabel und HV-Komponenten stark isoliert, zum Schutz vor Kurzschlüssen gegen alles, was elektrisch mit der Erde verbunden ist sowie aus Sicherheitsgründen, da es wahrscheinlich ist, dass jeder, der am Fahrzeug arbeitet, auch mit dem Chassis/der Erde in Kontakt kommt. Zusätzlich zur Notwendigkeit, Hochspannungen (Gleich- und Wechselspannung) zu messen, muss die Integrität der Isolierung um HV-Komponenten und Kabel bestätigt werden. Siehe Abbildung 1.

Auch alle weltweit benötigten Ladestationen erfordern Hochspannungs- und Isolationstests während der Produktentwicklung und nach der Inbetriebnahme, da die Zahl der Elektrofahrzeuge auf unseren Straßen steigt. Beispielsweise hat die britische Regierung im März 2022 1,6 Milliarden Pfund zugesagt, um das Netz an Ladepunkten im Land bis 2030 zu verzehnfachen. Und in der EU – wo es im Juni 2022 mehr als 330.000 Ladepunkte gab – hofft die Europäische Kommission darauf, bis 2025 1 Million zu erreichen.

Es besteht daher ein Bestreben, Geräte zu entwickeln, die auch an Ladepunkten Hochspannungen sicher messen und Isolationsprüfungen durchführen können.

Schalttechnologien

Es gibt im Wesentlichen drei Möglichkeiten, eine Hochspannung elektronisch zu schalten.

Reed-Relais-Terminologie

Dies sind die wichtigsten Dinge, die Sie beim Schalten einer Hochspannung beachten müssen, wenn nur wenige Ampere benötigt werden:

• Maximale Schaltspannung. Die höchste Gleich- oder Wechselspannung (Spitzenspannung), die geschaltet werden kann.

• Mindestisolationsspannung.Die Geräte kommen mit einer höheren Spannung zurecht, da sie im Fall der Hochspannungsrelais von Pickering Electronics bei 500 V über dem angegebenen Abstand getestet werden. Wir empfehlen, die im Datenblatt angegebene Isolationsspannung nicht zu überschreiten.

• Minimaler Isolationsstrom. Die meisten Hochspannungs-Reed-Relais sind für bis zu 1 A ausgelegt, es ist jedoch unwahrscheinlich, dass Sie so viel Strom schalten müssen, wenn Sie eine Hochspannung messen. ein paar mA reichen aus. Und für eine Isolationswiderstandsprüfung müssten nur wenige µA geschaltet werden.

• Isolationswiderstand. Dies ist der Widerstand zwischen den Gerätepins. Dieser muss sehr hoch sein (idealerweise größer als 1 TΩ (Tera Ohm, also 1012 Ohm), wenn das Reed-Relais in Schaltkreisen verwendet werden soll, die den Isolationswiderstand messen sollen. Oder anders ausgedrückt, wenn Sie einen Leckstrom messen (was auf eine fehlerhafte Isolierung hinweist), möchten Sie auf keinen Fall, dass Ihr Schaltkreis einen Leckstrom verursacht, weshalb Halbleiterrelais als ungeeignet gelten.

• Äußerer Schirm. Einige Geräte (normalerweise kostengünstige) verfügen über eine externe Metallabschirmung zum Schutz vor EM-Störungen durch benachbarte Relais. Wenn die Abschirmung bis zum Relaissockel reicht oder sich zu nahe am Sockel befindet, kann dies beim Platzieren auf einer Leiterplatte mit hohen Spannungen zu Problemen führen. Der Abstand ist jedoch möglicherweise nicht einmal im Datenblatt angegeben. Möglicherweise müssen Sie sich auf technische Zeichnungen beziehen oder den Abstand an einem Mustergerät messen. Hinweis: Die unten empfohlenen Relais verfügen über eine interne Abschirmung – Mu-Metall-Abschirmungen rundherum.

Die maximalen Schalt- und minimalen Isolationsspannungen sind in einem Reed-Relais aufgrund des Spalts zwischen den Reed-Schaltern (im Bild dargestellt) und der Tatsache, dass sie sich im Vakuum befinden, hoch. Aufgrund des Pinabstandes und des Grundmaterials des Relais ist der Isolationswiderstand hoch. Der Abstand zur externen Abschirmung stellt kein Problem dar, wenn sich die EMI-Abschirmung im Inneren des Geräts befindet.

Zu den weiteren Aspekten, die Sie beim Entwurf Ihrer Überwachungsschaltung berücksichtigen müssen, gehören:

• Spulenspannung. Die Gleichspannung, die benötigt wird, um die Spule mit Strom zu versorgen, um den Kontakt zu schließen.

• Spulenwiderstand. Wenn Sie die Spule über einen Transistor mit Strom versorgen, müssen Sie den Spulenwiderstand kennen, um den Strom zu berechnen, den der Transistor treiben muss.

Wie hoch ist die Lebensdauer?

Dies ist die einzige Zahl in jedem Datenblatt eines beliebigen Herstellers, die interpretierbar ist. Pickering gibt für die meisten Anwendungen 109 Schaltzyklen an. Fakt ist jedoch, dass die Zahl je nach geschalteter Leistung höher oder niedriger sein kann.

Dinge, die Sie beachten sollten:

Wie nah an den Spannungs- und Stromgrenzen arbeiten Sie? Was ist das Schalttastverhältnis? Ist es wahrscheinlich, dass es zu erhöhten Einschaltströmen kommt? Und ab wann darf das Relais Ihrer Meinung nach ausgefallen? Wenn der Kontaktwiderstand um 10 % steigt oder 20 % oder mehr?

Pickering hilft Ihnen hier jederzeit gerne weiter. Teilen Sie uns Details zu Ihrer Anwendung mit und wir schlagen Ihnen nicht nur das am besten geeignete Reed-Relais vor, sondern geben Ihnen auch eine Schätzung seiner realistischen Lebensdauer.

Empfohlene hochisolierende Reed-Relais

Pickering Electronics verfügt über ein umfangreiches Sortiment an leistungsstarken Reed-Relais mit Hochspannungsisolierung, die sich ideal für Hochspannungsmessanwendungen eignen. Darüber hinaus können bei einem Relaisflächenbedarf ab nur 46 mm2 viele Relais auf einer einzigen Leiterplatte untergebracht werden. Pickering empfiehlt besonders die folgenden Serien:

Warum Pickering Reed-Relais?

• Seit 1968 stellen wir Reed-Relais her. Es ist unser Kerngeschäft und hat den Grundstein für die Schaltsystemlösungen unseres Schwesterunternehmens Pickering Interfaces gelegt.

• Die in diesem Leitfaden empfohlenen Relais sind alle für die Instrumentierung geeignet und die Reed-Kontakte werden entweder mit Rhodium (galvanisiert) oder Ruthenium (vakuumverdampft) plattiert, um eine lange Lebensdauer zu gewährleisten – typischerweise bis zu 5x109 Schaltzyklen.

• Sie verfügen über eine spulenlose Konstruktion, die das Spulenwicklungsvolumen vergrößert, den magnetischen Wirkungsgrad maximiert und die Verwendung weniger empfindlicher Reed-Schalter ermöglicht, was zu einer optimalen Schaltwirkung und einer längeren Lebensdauer bei extremen Betriebsbedingungen führt.

• Die interne magnetische Abschirmung aus Mu-Metall ermöglicht extrem hohe Packungsdichten nebeneinander auf Leiterplatten bei minimaler magnetischer Wechselwirkung, wodurch erhebliche Kosten und Platz gespart werden. Unser magnetischer Schirm reduziert die EM-Wechselwirkung auf etwa 5 %. Relais geringer Qualität weisen typischerweise eine EM-Wechselwirkung von 30 % auf.

• Die SoftCenter™-Technologie bietet maximalen gedämpften Schutz des Reed-Schalters, minimiert interne Belastungen während der Lebensdauer und verlängert die Lebensdauer und Kontaktstabilität.

• Inspektion in jeder Phase der Herstellung sorgt für ein hohes Qualitätsniveau. Außerdem 100 % Tests für alle Betriebsparameter, einschließlich dynamischer Kontaktwellenformanalyse mit vollständiger Datenprüfung zur Wahrung der Konsistenz. Stresstest der Herstellungsprozesse, von -20°C bis +85°C bis -20°C, 3-mal wiederholt.

Während fünf Serien von Reed-Relais als ideal für den Einsatz in Prüfgeräten und Instrumenten zur Durchführung von Hochspannungs- und Isolationswiderstandsprüfungen an Elektrofahrzeugen und Ladestationen empfohlen wurden, verfügt Pickering über mehr als tausend Katalogteile, sodass die Auswahl groß ist. Wenn Sie jedoch kein Produkt finden, das genau Ihren Anforderungen entspricht, bietet Pickering einen vollständigen Anpassungsservice an.

Die Serien 67, 68, 104, 119 und 131 verfügen bereits über hohe Schaltspannungen, hohe Isolationsspannungen und hohe Isolationswiderstände, diese können jedoch durch eine kundenspezifische Konstruktion erhöht werden. Pickering verfügt über einen bewährten Entwicklungslebenszyklus aus: Anforderungen vereinbaren, entwerfen, herstellen, testen, genehmigen und liefern. Und wenn Ihr individuelles Design auf einem ihrer vorhandenen Katalogrelais basiert (was wahrscheinlich der Fall ist), können Sie damit rechnen, Muster in nur zwei Wochen zu erhalten.

Über Pickering

Pickering Electronics wurde vor über 50 Jahren gegründet und entwickelt und produziert hochwertige Reed-Relais, die hauptsächlich für den Einsatz in Instrumentierungs- und Testgeräten bestimmt sind. Heute ist das Single-in-Line (SIL/SIP)-Sortiment von Pickering mit Abstand das am weitesten entwickelte in der Relaisbranche mit Produkten, die 25% der Größe vieler Mitbewerber aufweisen. Diese kleinen SIL/SIP-Reed-Relais werden in großen Stückzahlen an große ATE- und Halbleiterunternehmen auf der ganzen Welt verkauft.

Die in Privatbesitz befindliche Pickering Group umfasst drei Elektronikhersteller: das Reed-Relais-Unternehmen Pickering Electronics, Pickering Interfaces, Entwickler und Hersteller modularer Signalschalt- und Simulationsprodukte sowie Pickering Connect, das Kabel und Steckverbinder entwickelt und herstellt. Die Gruppe beschäftigt über 500 Mitarbeiter, hauptsächlich in Großbritannien und der Tschechischen Republik, sowie weitere Mitarbeiter in Vertriebsbüros in den USA, China, Deutschland, Schweden und Frankreich.

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