Kombinationsleiter als Störlichtbogen-Schutz
Um die Auswirkungen von Störlichtbögen in Bordnetzen zu reduzieren oder gar auszuschließen, entwickelten Forscher der FH Nordhausen unter Leitung von Prof. Dr.-Ing. Matthias Viehmann den optisch-elektrischen Kombinationsleiter Con-DuS (Conductor Dual System), der zur Leitungsüberwachung und zur Identifikation eines Störlichtbogens das Licht nutzt.
Um die Auswirkungen von Störlichtbögen in Bordnetzen zu reduzieren oder gar auszuschließen, entwickelten Forscher der FH Nordhausen unter Leitung von Prof. Dr.-Ing. Matthias Viehmann den optisch-elektrischen Kombinationsleiter Con-DuS (Conductor Dual System), der zur Leitungsüberwachung und zur Identifikation eines Störlichtbogens das Licht nutzt.
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B ei genauerer Betrachtung handelt es sich bei einem Elektrofahrzeug um ein Hochspannungs-Bordnetz, bei dem gewährleistet sein muss, dass eine selektive Zustands- und Fehlerdiagnose seiner Bestandteile sowie bei Bedarf eine selektive und redundante Abschaltung von Teilsystemen möglich sind. Bei einem solch hohen Spannungsniveau besteht die Gefahr von Störlichtbögen, die Brand verursachende und damit toxische Wirkungen hervorrufen können. Umweltbedingungen wie Vibrationen, hohe Temperaturen und Temperaturschwankungen können zudem die Leitungen vorschädigen und damit ihren Alterungsprozess beschleunigen. Des Weiteren ist ein Zerstörungsszenario bei einem Unfall nicht vorhersagbar, so dass Leitungsschäden entstehen können, welche zur Energiefreisetzung in Form von Kurzschlüssen bzw. Lichtbögen führen – eine determinierte Totalabschaltung des elektrischen Systems in solch einem Fall verbietet sich durch die notwendige Aufrechterhaltung von sicherheitsrelevanten Teilfunktionen. Deshalb müssen solche Hochspannungsleitungen permanent und vollständig überwacht werden. Um Isolationsbeschädigungen zu detektieren, setzen die Forscher aus Nordhausen auf Licht. Der von ihnen entwickelte Kombinationsleiter besteht daher aus einem elektrischen Leiter mit einem optisch transparenten Polymer-Mantel, ergänzt durch eine innere und eine äußere Cladding-Schicht. Der Mantel stellt beim Auftreten eines seriellen oder parallelen Lichtbogens das sensorische Medium zur Erfassung der Lichtbogenerscheinung dar. Für den praktischen Einsatz erhält diese optische Einheit einen äußeren Mantel (bei Bedarf mit integriertem EMV-Schutz) als mechanischen Schutz, Farbgebung und Beschriftung.
Das eingekoppelte Licht wird innerhalb des Mantels durch Totalreflexion zu einem optisch-elektrischen Wandler am Leitungsende übertragen, der einen Ring aus Fotodioden bildet und stirnseitig auf den Kombinationsleiter aufgebracht wird. Bei optischer Anregung durch einen Lichtbogenimpuls liefert der Empfänger ein elektrisches Ausgangssignal, das sich in ein Steuergerät einlesen lässt. Dort angekommen, initiiert es die Abschaltung des betroffenen Strompfads und regt optional ein Energie-Managementsystem zur Organisation von Redundanzen an. Für die Überwachung des Leiters auf mechanisch oder thermisch bedingte Mantelbeschädigung ist der optischelektrische Kombinationsleiter mit einem Sender und einem Empfänger versehen, wobei der Sender, gemäß dem Aufbau des Empfängers, durch stirnseitig angebrachte Laserdioden gebildet wird. Durch die Beaufschlagung des Leitermantels mit optischen Prüfimpulsen und deren Auswertung lassen sich Beschädigungen erkennen und im Schadensfall über den Bordcomputer dem Fahrer mitteilen sowie im Fehlerspeicher eintragen. Dank Sender und Empfänger ist es zudem möglich, optisch über den Mantel zu kommunizieren. bg
