Erobern Sie, um die Anforderungen der Automobilindustrie an den Schutz von Kfz-Schaltkreisen zu erfüllen

Jun 20, 2023

Die Revolution der Elektrofahrzeuge (EV) nimmt Fahrt auf. Während sich das Denken von fossilen Brennstoffen hin zu vollelektrischen Brennstoffen verlagert, tauchen Visionen einer helleren, optimistischeren Welt auf. Aber auch hier gibt es Herausforderungen, insbesondere wenn es um die Absicherung der Batterie geht.

Eine Ladestation für Elektrofahrzeuge, auch EV-Ladestation genannt, ist ein spezielles Gerät, das elektrische Energie zum Aufladen von Elektrofahrzeugen, wie z. B. rein batterieelektrischen Fahrzeugen und Plug-in-Hybriden, liefert.

Da der Besitz von Plug-in-Hybriden, Elektrofahrzeugen und batterieelektrischen Fahrzeugen zunimmt, besteht ein wachsender Bedarf an weit verteilten, öffentlich zugänglichen Ladestationen, von denen einige ein schnelleres Laden mit höheren Spannungen und Strömen unterstützen, als dies an privaten Ladestationen für Elektrofahrzeuge möglich ist. Viele Ladestationen sind Straßeneinrichtungen, die von Energieversorgungsunternehmen bereitgestellt werden oder in Einkaufszentren stehen und von vielen privaten Unternehmen betrieben werden. Diese Ladestationen verfügen über einen oder mehrere Hochleistungs- oder Spezialanschlüsse, die den verschiedenen Standards für elektrische Ladeanschlüsse entsprechen.

Aktuelle Elektrofahrzeuge benötigen mit zunehmender Leistungsdichte der Batterien zunehmend stärkere Sicherungen, beispielsweise in Form einer Schmelzsicherung. Daher müssen zusätzliche, leistungsstärkere Sicherungen die Stromkreise vor Überstrom und Kurzschluss schützen. Diese müssen das System nicht nur zuverlässig vor hohen Strömen schützen, sondern auch bei immer höheren Systemspannungen sicher funktionieren. Ein Versagen der Schutzeinrichtungen kann zu Verletzungen des Bedieners und schweren Schäden an der Anlage führen.

Sicherungen für Elektrofahrzeuge bestehen aus einem Schmelzeinsatz, der zwei elektrische Kontakte verbindet und von einem isolierenden Gehäuse umgeben ist. Im Einsatz sind die elektrischen Kontakte galvanisch getrennt, so dass das Schmelzen der Schmelzsicherung den Stromkreis unterbricht. Materialwahl und Geometrie des Schmelzeinsatzes sind entscheidend für das Auslöseverhalten der jeweiligen Sicherung. Schmelzleiter bestehen meist aus Feinsilber oder einer Kupfer-Silber-Legierung.

Ein solches Sicherungselement wird durch den durchfließenden Strom erhitzt. Wird der Nennstrom der Sicherung über einen bestimmten Zeitraum deutlich überschritten, schmilzt das Sicherungselement. Nach dem Aufschmelzen des Schmelzleitermetalls entsteht im gasförmigen Zustand des Schmelzleiters ein Plasma und es bildet sich ein Lichtbogen, dessen Intensität maßgeblich von der Stromstärke und Spannung des abzuschaltenden Stroms abhängt. Im Kurzschlussfall kann dieser Strom um mehrere Größenordnungen höher sein als der Nennstrom der Sicherung.

Zur Löschung des Lichtbogens wird der Schmelzleiter von verdichtetem, hochreinem Quarzsand umgeben, der im Einflussbereich des Lichtbogens schmilzt und sich mit dem Schmelzmetall zu einem nichtleitenden Sinterkörper verbindet. Nach Erlöschen des Lichtbogens wird der zu schützende Stromkreis abgeschaltet. Durch die Sandfüllung wird außerdem der Gasdruck des explosionsartig verdampfenden Sicherungselements unterdrückt. Für die Lichtbogenlöschung sind Reinheit, Korngröße und Packungsdichte des verwendeten Quarzsandes entscheidend. Geringe anorganische Verunreinigungen können zur Verglasung des Sandes führen. Dies ist absolut unerwünscht, da Glas im geschmolzenen Zustand elektrisch leitfähig ist.

Im Kurzschlussfall muss die Sicherung den zu erwartenden Maximalstrom sicher abschalten. Die äußere Form der Sicherung muss erhalten bleiben. Die Auslösezeit einer Sicherung hängt von der Kennlinie sowie vom Strom als Faktor des Nennstroms ab. Der Nennstrom einer Sicherung ist kein fester Grenzwert, bei dem eine Sicherung auslöst, wenn er nur geringfügig überschritten wird.

Hochspannungs-Überstromsicherungen für Elektroautos sind relativ neue Produkte. Sie vereinen die Eigenschaften von Niederspannungssicherungen und Kfz-Sicherungen. Hersteller müssen bei der Konstruktion und Konstruktion von Komponenten die besonderen Umgebungsbedingungen für den mobilen Einsatz in Fahrzeugen berücksichtigen.

Mechanische Belastungen durch Stöße und Vibrationen dürfen die Funktionssicherheit und Lebensdauer ebenso wenig beeinträchtigen wie elektrische Lastwechsel oder extreme Umgebungstemperaturen und hohe Luftfeuchtigkeit. Deshalb unterscheiden sie sich hinsichtlich Aufbau und Materialauswahl deutlich von solchen Sicherungen, die nur für den stationären Einsatz gedacht sind.

Mit der steigenden Leistungsdichte elektrischer Speicher für Elektrofahrzeuge verändern sich auch die Anforderungen an elektrische Schutzkomponenten. Daher werden sowohl für die Ladeinfrastruktur als auch für den Einsatz in den Bordsystemen immer stärkere Sicherungen benötigt.

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