Ladeelektronik Neue Anforderungen an Sicherheitskondensatoren

Bild 3: Übersicht der Anforderungen der Automobilindustrie an Sicherheitskondensatoren
Übersicht der Anforderungen der Automobilindustrie an Sicherheitskondensatoren

Traditionell sind Sicherheitskondensatoren fester Bestandteil von Netzteilen und Stromversorgungen. Durch die fortschreitende Elektrifizierung der Fahrzeuge und höhere Versorgungsspannungen für Hybrid- und Elektrofahrzeugen werden neue Anforderungen an Sicherheitskondensatoren gestellt.

Durch die fortschreitende Elektrifizierung der Fahrzeuge und höhere Versorgungsspannungen für Hybrid- und Elektrofahrzeugen werden neue Anforderungen an Sicherheitskondensatoren gestellt.

Weltweit stehen Automobilhersteller unter Druck, die Elektrifizierung ihrer Fahrzeuge voranzubringen. Dies bedeutet nicht nur, neue Fahrassistenzsysteme in das Fahrzeug einzubauen, sondern vor allem batteriebetriebene elektrische Fahrzeuge, seien es Hybrid- (HEV) oder vollelektrische (EV) Fahrzeuge, auf den Markt zu bringen. Durch Auflagen zur Reduktion des Kohlenstoffdioxid-Ausstoßes treiben Gesetzgeber diesen Trend voran. Der Einsatz von Elektromotoren setzt den Austausch von klassischen Treibstoffen wie Benzin oder Diesel durch elektrochemische Energiespeicher wie Batterien voraus.

Diese Batterien werden mithilfe einer Steckdose oder einer Ladesäule aufgeladen. Dadurch benötigt man im Fahrzeug eine Ladeelektronik, auch OBC (On Board Charger) genannt, mit entsprechender AC/DC-Umwandlung. In dieser Hinsicht kann man derartige Ladegeräte in Fahrzeugen mit Mobiltelefonen und deren Netzteilen vergleichen, jedoch mit höherem Leistungsniveau und mit wesentlich höherer Energiedichte. Jedoch unterscheiden sich die Anforderungen an Sicherheitskondensatoren im Automobilbereich zum Teil von denen in traditionellen Anwendungen. Aus diesem Grund müssen im Automobilbereich für die OBC-Anwendung spezielle, Automotive-qualifizierte Sicherheitskondensatoren zum Einsatz kommen.

Generelle Anforderungen

Sicherheitskondensatoren leiten hochfrequente Störsignale – elektromagnetische Interferenzen (EMI) und Funkfrequenz-Interferenzen (RFI) – gegen die Masse oder den Neutralleiter ab oder schließen diese kurz. Durch dieses Herabsetzen der elektromagnetischen Störungen ist eine elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) gewährleistet. Darüber hinaus müssen Sicherheitskondensatoren die netzseitigen Überspannungen abfangen sowie die Ankopplung an das Stromnetz verhindern. Man unterteilt diese Sicherheitskondensatoren in zwei Klassen – die X- und die Y-Kondensatoren (Bild 1).

X-Kondensatoren werden zwischen Phase und Neutralleiter geschaltet. Hier kann ein Ausfall des Kondensators nicht zu einem gefährlichen elektrischen Schlag führen. Innerhalb der Klasse X gibt es noch die Unterteilung in X1- und X2-Kondensatoren, wobei Kondensatoren der Klasse X2 gemäß Vorschrift Impulse bis zu einer Spannung von 4 kV und X2-Kondensatoren bis 2,5 kV überstehen müssen.

Klasse-Y-Sicherheitskondensatoren werden zwischen Phase beziehungsweise Neutralleiter und dem berührbaren Gerätegehäuse eingesetzt. Hierbei wird also die Basisisolierung überbrückt und bei Ausfall des Sicherheitskondensators kann es zu einer Gefährdung von Menschen kommen. Darum ist es notwendig, dass Klasse-Y-Sicherheitskondensatoren eine erhöhte elektrische Sicherheit aufweisen. Innerhalb der Klasse Y gibt es ebenfalls eine Unterteilung in Y1- und Y2- Sicherheitskondensatoren. Y1-Sicherheitskondensatoren müssen einen Spannungsimpuls von 8 kV überstehen, Y2-Sicherheitskondensatoren einen Spannungsimpuls von 5 kV.