Die mobile Zukunft braucht Relais "Evergreens"


Eine zunehmende Rohstoffverknappung und ökologische Aspekte treiben die Entwicklung neuer Technologien ständig voran. Als eine dieser neuen Entwicklungen werden in sehr naher Zukunft Elektro- und Hybridfahrzeuge das Straßenbild prägen und mit ihnen wird sich auch die „Tankstellen“-Infrastruktur verändern.

Nachdem in den vergangenen Jahren der Fokus der Automobilindustrie auf der Entwicklung des elektrischen Antriebes lag, bei welcher Relais wegen der extremen Kurzschlussströme von Li-Ionen Batterien eine Schlüsselrolle spielen, wird nun mit Hochdruck an der Ladeelektronik gearbeitet.

Grundsätzlich gibt es hierbei zwei konträre Ansätze: Entweder wird die Umwandlung von Wechselspannung auf Gleichspannung in der stationären Ladestation oder im Fahrzeug vorgenommen. Beide Konzepte haben Vor- und Nachteile. Die stationäre Lösung führt zu einer Gewichtseinsparung im Fahrzeug, jedoch ist dann das Laden nicht mehr unter voller Kontrolle des Automobilherstellers. Da jedoch erwartet wird, dass sich die Batterien durch Größe, Leistungsfähigkeit und Ladecharakteristik stark unterscheiden werden, ist dies ein entscheidender Nachteil. Zurzeit arbeiten verschiedene Arbeitsgruppen an einer Standardisierung dieser Schnittstelle, jedoch ist eine einheitliche Richtung für Europa oder gar weltweit noch nicht erkennbar.

Unabhängig davon, welches Ladekonzept sich letztendlich durchsetzt, es wird immer Gleichstrom benötigt um die Hochvoltbatterie des Fahrzeuges zu laden, welcher von Relais geschaltet wird. Dafür eignet sich die bereits in Antrieben von Elektrofahrzeugen (EV-Relais) und im Photovoltaikbereich (EP-Relais) millionenfach bewährte EV/EP Relaisfamilie von Panasonic Electric Works.

Die EV Familie ist für den Automobileinsatz konzipiert. Sie erfüllt dementsprechend die notwendigen verschärften Anforderungen an Temperatur, Schock- und Vibrationsfestigkeit, Lebensdauer etc. Insofern steht einem Einsatz, stationär oder mobil, nichts im Wege.

Das Abschalten von hohen Gleichströmen ist wesentlich schwieriger als bei Wechselstrom. Bei Gleichströmen ab ca. 12 V kann beim Öffnen ein Lichtbogen entstehen, der nicht nach einer Halbwelle (wie beim Wechselstrom) verlöscht. Der Lichtbogen ist eine Gasentladung, welcher die Luftstrecke zwischen den stromführenden Kontakten durch Thermoionisation leitend hält.

Die Temperatur des Lichtbogens kann bis zu 10.000 K betragen, welche das umliegende Material extrem stresst.

Daher ist es das Ziel, den Lichtbogen möglichst schnell zu löschen. Deshalb stecken die Relaishersteller sehr viel Know-How in die Entwicklung der Hochstromrelais und verwenden z.B. spezielle, für den Anwendungsfall abgestimmte Kontaktlegierungen, Blasmagnete zur Funkenlöschungund hermetisch abgeschlossene Kontaktkammern. Zusätzlich werden Brückenkontakte eingesetzt um die Luftstrecke zwischen geöffneten Kontakten - bei praktisch gleichem Bauraum - zu verdoppeln. Durch die Summe dieser Maßnahmen ist es möglich die Anforderungen dieser sicherheitskritischen Anwendung zu erfüllen. Die Dimensionierung der Laderelais hängt entscheidend von den Ladeströmen und damit von der Leistungsfähigkeit der Ladestationen ab. Während für das Laden an einer Schukosteckdose mit ca. 3 kW ein herkömmliches Relais bereits ausreichend ist, ist es für die Schnellladefunktion notwendig, ein Relais der „EV-Serie“ einzusetzen. Es gibt kaum einen Zweifel, dass sich das Elektroauto langfristig durchsetzen wird – in jedem Fall werden diese Evergreens für die neue Technologie benötigt.

Thomas Merkel, PANASONIC Electric Works Europe AG

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Deutschen Schaltrelais-Hersteller im ZVEI
Update 04/11/2016