Relais schalten hohe Lasten in Hybrid- und Elektrofahrzeugen

Anbieter zum Thema

Schulz-Electronic GmbH

MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

Panasonic Electric Works Europe AG

Patentierte Kontaktkammer aus Hochleistungskeramik

Panasonic Electric Works setzt konsequent auf die bewährte und patentierte Lösung Kontakte in eine hermetisch dichte Keramikkammer zu integrieren. Diese Kontaktkammer besteht aus einer Hochleistungskeramik und grenzt den Lichtbogen elektrisch und vor allem thermisch von anderen Komponenten ab. Die hohe mechanische Stabilität der Kammer erhöht die Systemsicherheit zusätzlich. Als weiterer Vorzug wird sowohl die Kontaktkammer als auch der zugehörige Betätigungsmechanismus gekapselt und dauerhaft mit Wasserstoffgas befüllt. Unter Luftabschluss kann das sonst brennbare Wasserstoffgas die volle Funktionalität entfalten: Die Gasfüllung verhindert zum einen die Oxidation der Kontakte und zum anderen besitzt Wasserstoff eine um den Faktor 7 höhere Wärmeleitfähigkeit als Luft oder Stickstoff. Die enorme Hitze, die durch den Lichtbogen hervorgerufen wird, kann somit viel besser abgeführt werden und bewirkt damit eine hervorragende Schaltleistung.

Durch die ausgeklügelte Konstruktion und die patentierte Abdichtung der Kontaktkammer, kann die geforderte Langzeitstabilität hinsichtlich Dichtigkeit problemlos erreicht werden. Der Wasserstoff bleibt da wo er hingehört - nämlich in der Kontaktkammer. Eindrucksvoll belegen dies Messungen von Teilen, die mehrere Jahre im Feldeinsatz waren. Ein sehr geringer Wasserstoffverlust durch Diffusion ist unvermeidlich, jedoch kann die kühlende Wirkung auf den Lichtbogen über die gesamte Lebenszeit des Relais gewährleistet werden.

Wo Strom fließt, ist auch das Magnetfeld nicht weit

Eine zusätzliche Herausforderung für die Bauteilkonstrukteure ist die Beherrschung der hohen elektromagnetischen Kräfte, die durch Kurzschlussströme hervorgerufen werden. Nicht selten müssen die Relais einen Strom von mehreren tausend Ampere für einige hundert Millisekunden führen können, bevor die Sicherung den Stromkreis unterbricht. Bei Strömen in dieser Größenordnung sind die abstoßenden elektromagnetischen Kräfte zwischen den stromführenden Teilen so groß, dass es zu einer Öffnung des Brückenkontaktes kommen kann. Dann übersteigt die elektromagnetische Kraft zwischen dem festen und dem beweglichen Kontakt die Kontaktkraft, welche durch die Relaisspule erzeugt wird. In diesem Fall spricht man auch von „Levitation“. Dieser Zustand muss in der Applikation unbedingt vermieden werden, da sich das Relais an seiner Leistungsgrenze befindet. Sollte es bei diesen Strömen zu einer längeren Öffnung oder gar zum Prellen kommen, ist der Energieeintrag durch die elektrische Leistung so immens hoch (Megawatt!), dass das Relais innerhalb weniger Millisekunden zerstört wird.

Konstruktiv kann die Levitation durch eine verstärkte Kontaktkraft hin zu größeren Strömen verschoben werden. Um jedoch höhere Kontaktkräfte zu erzeugen, steigt in der Regel auch die Spulenleistung des Relais an und damit auch die „Verlustleistung“ des Systems.

Diese Ausführungen geben nur einen kleinen Einblick in die ausgeklügelte Technik eines EV-Relais und zeigen, dass sämtliche Randbedingungen des Kunden genauestens berücksichtigt werden müssen, um eine optimale Relaisauswahl zu treffen.

Kompetente Beratung weltweit vor Ort

Als kompetenter Partner kann Panasonic Electric Works Europe diese umfangreiche Beratung auch vor Ort anbieten. Dabei kann auf das langjährige Knowhow von lokalen Applikations- und Entwicklungsingenieuren zurückgegriffen werden. Der Service wird durch die exzellenten Test- und Analysemöglichkeiten eines Labors in Deutschland vervollständigt. So kann flexibel auf Kundenwünsche reagiert werden und z.B. Lebensdauertests im Haus durchführt werden. Eine ausführliche Dokumentation mit Bewertung der Ergebnisse ist dabei selbstverständlich.

Dies sichert, in den meist zeitkritischen Projekten, eine bestmögliche Zusammenarbeit mit dem Kunden.

Neu entwickelte Batterie-Trenneinheit

Ein Highlight dieser Aktivitäten ist die neu entwickelte „Batterie-Trenneinheit“ (Battery Disconnect Unit; kurz BDU). Diese kompakte Einheit bildet die Schnittstelle zwischen der Hochvoltbatterie und dem elektrischen Antrieb. Sie enthält neben zwei Hauptrelais und einem Stromsensor auch eine Vorlade- und Diagnoseelektronik und ist für Dauerströme von 300 A ausgelegt. Kurzzeitig können sogar Ströme von 600 A (1 min.) geführt werden, so dass auch sehr leistungsstarke Antriebe bedient werden können. Im Fehlerfall trennen die eingesetzten EV-Relais Ströme bis zu 2500 A problemlos und tragen somit entscheidend zur Sicherheit dieser neuen Fahrzeuge bei.

Das Portfolio von Panasonic Electric Works für die Elektrofahrzeuge wird ergänzt durch Halbleiterrelais (PhotoMOS), die z.B. bei Isolationswächtern und sonstigen Battery Management Funktionen zur galvanischen Trennung zwischen Hochvolt- und Niedervoltbordnetz eingesetzt werden, sowie Relaislösungen für die Ladeelektronik und Ladesäulen (Gleichstrom und Wechselstrom).

* Dipl.-Ing. (FH) Thomas Merkel... ist Produktmanager im Bereich Automotive bei Panasonic Electric Works Europe AG, 83607 Holzkirchen

(ID:35053050)