Elektromobilität Relais schalten hohe Lasten in Hybrid- und Elektrofahrzeugen

Die Elektroantriebe in Hybrid- und Elektroautos erfordern extrem leistungsfähige Schaltelemente – die aber auch preisgünstig sein sollen. Dass dieser Spagat möglich ist, zeigt Panasonic Electric Works.

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Schulz-Electronic GmbH

MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

Panasonic Electric Works Europe AG

Die Verknappung der fossilen Rohstoffe wird immer deutlicher spürbar – derzeit z.B. vor allem an den ständig steigenden Spritpreisen. Gleichzeitig ist der Wunsch nach Mobilität in der modernen Gesellschaft ungebrochen und genießt nach wie vor höchste Priorität. Daher ist es nachvollziehbar, dass die Rufe nach alternativen Konzepten wie Hybrid- und Elektroantrieben immer lauter werden.

Elektrische Antriebe erfordern Hochleistungsrelais

Es gilt, Trends frühzeitig zu erkennen und die wesentlichen Anforderungen in einem Produkt zu vereinen. Die Weiterentwicklung der elektrischen Antriebe verlangt von den schaltenden Komponenten die Erschließung eines immer höheren Leistungsspektrums. Gleichzeitig erfolgt die Integration der Systeme in den preisgetriebenen Massenmarkt. Diesen Spagat zu bewältigen, ist eine große Herausforderung, der sich Panasonic stellt. Das Unternehmen treibt Aktivitäten im Bereich der Entwicklungen zur Elektromobilität konsequent voran, wobei er sich auf langjährige Erfahrung in der Automobil-Branche sowie kundenorientiert arbeitende Entwicklungsteams stützen kann.

Bewährte Relais für Elektro- und Hybridautos

Die EV-Relais-Serie von Panasonic Electric Works etwa ist bereits in über einer Millionen Fahrzeugen auf den Straßen in Asien, Amerika und Europa unterwegs. Diese Relais sind immer für den jeweiligen Anwendungsfall optimiert und decken alle möglichen Bauformen und Leistungsklassen ab.

Im Notfall muss schnell abgeschaltet werden

Eine der Kernanforderungen bei Hybrid- und Elektrofahrzeugen ist die Sicherheitsabschaltung der Hochvoltbatterie. Eine Notabschaltung kann z.B. bei systembedingten Fehlern oder im Crashfall erforderlich werden. Hier kommt es beim Abschalten auf jede Millisekunde an.

Extremfall Notabschaltung von hohen Gleichströmen

Die Königsdisziplin ist das Abschalten von hohen Gleichströmen bei gleichzeitig hoher Batteriespannung von beispielsweise 400 V. Im Gegensatz zum Abschalten von Wechselstromlasten, entsteht bei Gleichströmen bereits ab ca. 12 V ein intensiver Öffnungslichtbogen. Der Lichtbogen selbst ist eine Gasentladung, welcher die Luftstrecke zwischen den stromführenden Kontakten durch Thermoionisation leitend hält. Die Temperatur des Lichtbogens kann bis zu 10.000 K betragen, die das umliegende Material stark beansprucht und eventuell sogar aufschmelzen lässt.

Der Lichtbogen muss möglichst schnell gelöscht werden

Daher ist es das erklärte Ziel, den Lichtbogen möglichst schnell zu löschen, um dieser sicherheitskritischen Anwendung gerecht zu werden. Deshalb stecken alle Relaishersteller sehr viel Knowhow in die Entwicklung dieser Gleichstromrelais. Nur durch Kombination mehrerer Maßnahmen können die Anforderungen auch „ökonomisch sinnvoll“ erfüllt werden.

Mit den richtigen Kontaktwerkstoffen zum optimierten Relais

Durch geeignete Wahl der Kontaktwerkstoffe kann das Relais entweder für höhere Stromführung (= geringer Kontaktwiderstand) oder für das Abschalten (höherer Schmelzpunkt, geringerer Abbrand) optimiert werden.

Permane ntmagneten beschleunigen die Funkenlöschung

Da im Fehlerfall der extreme Kurzschlussstrom in definierter Richtung erfolgt, lässt sich durch den Einsatz von starken Blasmagneten die Funkenlöschung deutlich beschleunigen. Dazu wird an der Kontaktkammer an den gegenüberliegenden Seiten jeweils ein Permanentmagnet angebracht, so dass sich ein nahezu homogenes magnetisches Feld senkrecht zur Kammer ausbildet. Dieses Feld lenkt das ionisierte Gas des Lichtbogens gemäß der Lenzschen Regel so geschickt ab, dass sich die Funkenstrecke deutlich erhöht und eine Funkenlöschung auch bei einem vergleichsweise geringen Kontaktabstand von ca. 1 mm erfolgt. Zusätzlich werden Brückenkontakte eingesetzt um die Luftstrecke - bei praktisch gleichem Bauraum zu verdoppeln.

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