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Hochspannung im Auto

Digitale Isolation bei Hybrid- und Elektrofahrzeugen

10. Januar 2011, 15:10 Uhr | Von Frank Forster

Durch Hybrid- und Elektrofahrzeuge sind Spannungen von 400 V und mehr in der Automobil- und Transport-Branche nicht mehr ungewöhnlich. Die Nutzung von derart hohen Spannungen und auch Strömen in einer anspruchsvollen Fahrzeugumgebung steigert die Nachfrage nach robusten und langfristig stabilen Lösungen, mit denen diese hohen Spannungs-Niveaus von anderen Elektronikfunktionen und insbesondere von den Fahrzeuginsassen abgeschottet werden können.

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Hybrid- und Elektroantriebe in Autos, Lkws und Zweirädern führen zu neuen, bisher unbekannten Herausforderungen in der Fahrzeug-Branche. Das 12-V-Bordnetz wird durch ein Batteriesystem mit

400 V oder höher ergänzt, was völlig neue Anforderungen an Autozulieferer und Systemmodulanbieter stellt. Die Notwendigkeit der Isolation ist bei allen Komponenten der Hybrid- und Elektrofahrzeuge gegeben, z.B. bei der Hochspannungsbatterie, dem DC/DC-Wandler, dem Wechselrichter für den Antrieb des Elektromotors, aber auch bei dem Lademodul, das an das 230-V- bzw. 380-V-Stromnetz angeschlossen wird (Bild 1).

Die Isolation im Automobilbereich stellt im Vergleich zu industriellen Anwendungen andere Anforderungen. Auf jeden Fall muss die Isolation sehr robust sein – auch gegenüber magnetischen Störfeldern. Der hohe Leistungsbedarf in den Fahrzeugen (z.B. bedeutet ein mit 400 V betriebener 100-kW-Elektromotor Stromstärken von 250 A) erzeugt im Auto starke Magnetfelder, für deren Abschirmung eine Lösung gefunden werden muss. Gleichzeitig muss auch eine lange Lebensdauer der Komponenten sichergestellt werden, die der Lebenserwartung des Fahrzeugs entsprechen muss. In der Schwertransport-Branche kann die Lebenserwartung dabei durchaus mehrere Jahrzehnte betragen. Der Einsatz im Automotive-Bereich wird dazu führen, dass eine Fahrzeugqualifikation (AEC-Q100 oder höher) sowie ein Betriebstemperaturbereich zwischen –40 und +125 °C nötig werden.

Andererseits wird der Kostendruck in diesen Bereichen eine höhere Systemintegration bewirken.