Worauf es beim Einsatz von Relais in Hochvolt-Bordnetzen von Elektro- und Hybridautos ankommt

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Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

TE Connectivity

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Den Ausschnitt eines HV-Bordnetzes zeigt beispielhaft Bild 2. Anhand der möglichen Betriebsereignisse lassen sich die Herausforderungen an die Hauptrelais und das Vorladerelais erläutern.

Einschaltvorgang und Vorladung im Normalbetrieb

Im Normalbetrieb schließt erst das Hauptrelais 2 lastlos im Minuspfad der Batterie (HV-Minus liegt nicht wie bei 12-V-Netzen an der Fahrzeugkarosserie). Anschließend werden über das Vorladerelais (Pre-Charge) die Kapazitäten aufgeladen, strombegrenzt durch den Vorladewiderstand. Dieser Vorgang kann mehrere hundert Millisekunden dauern, und danach wird das Vorladerelais abgeschaltet. Das Hauptrelais 1 wird erst zugeschaltet, nachdem die Spannung am Kondensator rund 90…95% der Nennspannung erreicht hat. Damit muss das Hauptrelais 1 nur einen geringen Strom bei geringer Spannungsdifferenz einschalten. Wichtig ist die saubere Abtrennung jeglicher Lasten vor dem Vorladevorgang, denn diese würden einen Spannungsteiler darstellen und deshalb das Vorladen des Kondensators auf das gewünschte Spannungsniveau unmöglich machen. Die Folge wären entsprechend höhere schädliche Einschaltströme und Einschaltspannungen für das Hauptrelais.

Stromführen und Ausschalten im Normalbetrieb

Im normalen Betrieb müssen die beiden Hauptrelais Ströme von bis zu mehreren 100 A führen. Beim außer Betrieb setzen wird zuerst das Hauptrelais 1 geöffnet. Dieses schaltet bei voller jeweils anliegender Spannung die durch die Lasten bestimmten Ströme. Handelt es sich um planmäßigen Betrieb, wird vor dem Ausschalten ein Großteil der Lasten heruntergefahren, um die Belastung für das Relais 1 gering zu halten. Erst jetzt öffnet das Hauptrelais 2 lastlos.

Im Fehlerfall muss das Relais mehrere hundert Kiliwatt abschalten können

Die hohen Spannungen und Ströme führen beim Öffnen der Kontakte zu großer Lichtbogenenergie, mit ungleich zerstörerischerer Wirkung als im klassischen 12-V-Bordnetz. Deshalb gewinnen die dort oft vernachlässigten Bordnetzeigenschaften wie Leitungswiderstände, parasitäre Kapazitäten und Induktivitäten im HV-Bordnetz an Bedeutung, weil sie die Brenndauer des Lichtbogens mitbestimmen. Im Fehlerfall muss das Hauptrelais 1 in der Lage sein, eine Volllastabschaltung einer Leistung von mehreren hundert Kilowatt erfolgreich durchzuführen.

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