Neue Wege in der Hochvolt-Absicherung

Um eine HV-Batterie vom HV-Zwischenkreis im Normalbetrieb und im Fehlerfall zu trennen, gibt es aktuell zwei gängige Grundprinzipien.

Kombination HV- Schütz UND HV-Sicherung

Das HV-Schütz übernimmt die Funktion, das Fahrzeug in den fahrbereiten Zustand zu versetzen, indem es die HV-Batterie mit dem HV-Zwischenkreis verbindet bzw. trennt. Die HV-Sicherung dient lediglich dazu, das System bei einem Kurzschluss in einen sicheren Zustand zu überführen. Diese Technik hat sich bei 450 V-Systemen bewährt, führt aber zu relativ großen Wärmeverlusten und zur Alterung der Sicherung.

Kombination HV-Schütz UND HV-Pyrofuse

Um das Problem der Wärmeentwicklung und der Alterung, aber auch möglicher Sicherheitsprobleme der Kombination HV-Schütz und HV-Sicherung – z. B. verklebte Kontakte des Relais bei gleichzeitig fehlender Auslösung der Sicherung – in den Griff zu bekommen, werden verstärkt Pyrofuses statt Schmelzsicherungen eingesetzt. Diese kann bei Bedarf das Batteriemanagementsystem (BMS) auslösen. Ein Anzündsatz trennt dann innerhalb von Millisekunden eine Stromschiene, die die Batterie mit dem Zwischenkreis verbindet. Insbesondere bei 800 V-Systemen, die für kürzere Ladezeiten und kompaktere Bauweise relevant sind, setzen sich Pyrofuses am Markt durch.

Die Notwendigkeit neuer Absicherungskonzepte, steigende Batteriekapazitäten und Ladeströme sowie sinkende Zellinnenwiderstände kommender Fahrzeuggenerationen führen aber auch zu steigenden Anforderungen für Nenn- und Kurzschlussstrom bei zukünftigen Pyrofuses. Die Lösungen dafür müssen erst noch entwickelt werden. Die Forderung nach sinkenden Kosten, erhöhter Sicherheit sowie der Wunsch nach erhöhter Verfügbarkeit – v. a. im Nutzfahrzeugbereich – lassen Raum für alternative Konzepte neben der Pyrofuse: Eine Pyrofuse muss im Fehlerfall extern, zuverlässig und sehr schnell auslösen, was zusätzlichen Aufwand bzw. Kosten im BMS bedeutet. Selbstauslösende Geräte können hier Vorteile bieten.

• Anforderungen an die maximale Durchlassenergie im Kurzschlussfall erfordern nicht nur eine schnelle Trennung, sondern möglichst auch eine frühzeitige Strombegrenzung.
• Bei einem Nutzfahrzeug mit mehreren Batterien kann es zum Liegenbleiben kommen, wenn alle Pyrofuses in jedem Batteriepack gezündet werden, obwohl nur ein Batteriepack einen Defekt hat.
• Die Verwendung von Sprengstoff erschwert das Handling, weiterhin kann die Auslösung einer Pyrofuse die Batterie schädigen oder die Instandsetzung erschweren.

Neben der Weiterentwicklung pyrotechnischer Trennsysteme rücken also auch selbstauslösende, strombegrenzende, rückstellbare und kombinierte Schalt- und Schutzelemente in den Mittelpunkt der Systembetrachtung. Wir arbeiten daher aktuell sowohl an pyrotechnischen, als auch an elektromechanischen HV-Schutz- und Schaltlösungen. Diese sollen unseren Kunden höhere Performance, geringere Kosten und eine höhere Verfügbarkeit ermöglichen. Bis zur Serie dauert es noch einige Zeit, aber historisch gesehen fängt das Zeitalter batterieelektrischer Fahrzeuge gerade erst an. Bei Interesse an diesen oder weiteren HV-Schalt- und Schutzelementen sprechen Sie uns gerne an.

• Höhere Verfügbarkeit durch Rückstellbarkeit sowie Reduzierung von Bauteilen
• Höhere Performance durch Berücksichtigung zukünftiger Lade- und Kurzschlusströme
• Geringere Gesamtkosten durch Minimierung von Systemkomplexität und erhöhte Lebensdauer