Startseite > E-Mechanik+Passive > Relais > Elektrische Sicherheit beim Laden von Elektrofahrzeugen

Relais

Elektrische Sicherheit beim Laden von Elektrofahrzeugen

16. April 2014, 13:50 Uhr | Von Dr. Dieter Volm

▶ Diesen Artikel anhören

Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Das richtige Relais auswählen

Panasonic kann für Netzrelais in Automobilanwendungen auf seit Jahrzehnten im industriellen Bereich bewährte Lösungen zurückgreifen. Diese Relais sind für das Führen und Schalten hoher Ströme erprobt und weisen auch eine entsprechende Kurzschlussfestigkeit auf. Für den Einsatz im Ladekabel, das üblicherweise im Fahrzeug mitgeführt wird, sind allerdings zusätzliche Anforderungen an die Schock- und Vibrationsfestigkeit zu erfüllen. Dazu sind konstruktiv einige Bedingungen notwendig, die im ALFG-Relais kombiniert sind. Bei den geforderten 1020 A Kurzschlussstrom für ein 16-A-Ladekabel benötigt man eine Kontaktkraft von ca. 0,5 N, um ein Abheben des Kontaktes zu vermeiden.

Jobangebote+ passend zum Thema

Ingenieur/Elektroingenieur/Elektrotechniker als Field Application Engineer

GEYER Electronic GmbH, Planegg

Alle Jobangebote im Elektroniknet Karrierebereich anzeigen

Diese Haltekräfte sind beim ALFG-Relais gegeben. Zusätzlich erfüllt das Relais die Anforderungen an die Isolationskoordination, und das Relais verfügt über eine Kontaktöffnung größer 1,8 mm. Wichtigstes Kriterium, um die Schock- und Vibrationsbedingungen zu erfüllen, ist die Lage des Betätigers, der nach Erregung der Spule die Kontaktfeder in Endstellung bringt. Er darf bei der Vibrationsprüfung keinen Abrieb aufweisen, der den Kontaktwiderstand des Relais beeinträchtigt. Auch hier zeigt sich die Konstruktion des ALFG-Relais den Anforderungen gewachsen. Die engen Toleranzen in der Fertigung lassen nur sehr geringe Auslenkungen zu, und ein Abrieb von Partikeln wird verhindert.

Fahrzeugseitige Ladeeinheit

Um die Batterie des Elektroautos aufzuladen, wird eine Ladeeinheit benötigt, die den Wechselstrom in eine Gleichspannung umwandelt. Der Ladevorgang über das Stromnetz erfordert eine flexible Struktur, um die unterschiedlichen Spannungshöhen und Stromstärken in verschiedenen Ländern zu bewältigen. Da die Ladezeit für die meisten Autofahrer sehr wichtig ist , muss das bordeigene Ladegerät eine hohe Effizienz aufweisen.

Ein langfristiger Trend geht zu bidirektionalen Funktionen der Ladegeräts, damit es nicht nur Strom aus dem Netz erhält, sondern Energie auch wieder zurückspeisen kann. Exemplarisch ist in Bild 3 der Schaltkreis einer Ladeeinheit skizziert. Eingangsseitig ist eine Fehlerstromschutzeinrichtung integriert, die das Fahrzeug im Fehlerfall mit allen drei Phasen vom Stromnetz trennen kann (1). Diese Abschaltung wird üblicherweise mit Relais realisiert. Diese werden in der Regel lastfrei geschaltet, sobald die Spannungspegel zwischen Fahrzeug und Ladeeinheit angepasst sind. Da bei Mode 3 bis zu 63 A Ladestrom erlaubt sind, bedarf es einer genauen Abstimmung, um einen störungsfreien Betrieb zu gewährleisten. Daneben sind weitere Relais notwendig, um zwischen einphasigem und dreiphasigem Laden umzuschalten (2 und 3). Weiterhin benötigt man einen Vorladekreis (4), um die Kondensatoren im Inverter vorzuladen und damit die Einschaltströme zu reduzieren. Auf der Ausgangsseite des Inverters, der DC-Seite, ist es notwendig, die Batterie von der Ladeeinheit zu trennen. Hier werden DC-Schütze verwendet, die hohe Gleichspannungen abschalten können. Während die Normung für Stecker und Ladekabel weitestgehend abgeschlossen ist, gibt es für die On-Board Charger noch keine einheitliche Spezifikation. Die Fahrzeughersteller vertrauen hier auf ihre internen Standards, die von den Lieferanten umgesetzt werden müssen. Die allgemeingültigen Normen zur Isolationskoordination müssen natürlich eingehalten werden. Dies erreicht man am besten, wenn man wieder die bekannten Netzrelais verwendet, die auch in der Hausinstallation für die sichere Trennung sorgen.

Obwohl eine länderübergreifende Harmonisierung der Ladeschnittstellen noch aussteht, hat die Firma Panasonic verschiedene Netzrelais für die On-Board-Ladeeinheit und Ladekabel nach Mode 2 erfolgreich im Einsatz. Neben dem bereits besprochenen ALFG-Relais, das alle Schaltaufgaben bis 32 A ausführen kann, ist auch das wesentlich stärkere HE-Relais bei diversen Ladeeinheiten freigegeben. Dieses Relais kann zwar bis 60 A schalten, wird aber meist in dreiphasigen Systemen bis zu 32 A eingesetzt.

Der Autor