Suchen

Bordnetz Welche Relais sich für das 48-Volt-Zweispannungs-Bordnetz eignen

| Autor / Redakteur: Patrick Spreitzer * / Thomas Kuther

Ab 2016 kommt das Zwei-Spannungs-Bordnetz in Fahrzeugen. Mit zahlreichen Vorteilen kommen aber auch neue Probleme: So eignen sich herkömmliche 12-Volt-Relais nicht für den Einsatz bei 48 Volt.

Firma zum Thema

Ab 2016 wird es in der Automobiltechnik ein Zwei-Spannungs-Bordnetz geben. Die bisher verwendeten 12 V-Relais zum Schalten der Batterieversorgung beispielsweise sind jedoch für die 48-V-Architektur nicht mehr geeignet. Trennelemente aus dem Hochvoltbereich stellen hingegen keine wirtschaftliche Lösung dar.
Ab 2016 wird es in der Automobiltechnik ein Zwei-Spannungs-Bordnetz geben. Die bisher verwendeten 12 V-Relais zum Schalten der Batterieversorgung beispielsweise sind jedoch für die 48-V-Architektur nicht mehr geeignet. Trennelemente aus dem Hochvoltbereich stellen hingegen keine wirtschaftliche Lösung dar.
(Bild: © eyeami - Fotolia)

Ab 2016 wird es in der Automobiltechnik ein Zwei-Spannungs-Bordnetz geben, da das bisherige 12-V-System nicht mehr ausreicht, um zukünftig den Energiebedarf der immer zahlreicheren Sicherheits-, Komfort- oder Luxus-Funktionen zu decken. Die 48-V-Technik stellt jedoch hohe Anforderungen an die Automotive-Elektronik, so sind beispielsweise die bisher verwendeten 12-V-Relais zum Schalten der Batterieversorgung für die neue Architektur nicht mehr geeignet. Trennelemente aus dem Hochvoltbereich stellen hingegen keine wirtschaftliche Lösung dar.

Kompaktes 48-V-Relais für das neue Bordnetz

Die baden-württembergische Gruner AG hat daher eigens für das neue Bordnetz ein leichtes und kompaktes 48-V-Relais entwickelt, das eine galvanische Trennung zwischen Antriebs- und Lastkreis garantiert und Schalt-Lichtbögen zuverlässig unterdrückt. Es kommt im Gegensatz zu Hochvoltgeräten ohne teure Schutzgasfüllung und Löschmagnet aus und erlaubt eine besonders einfache kundenseitige Adaptierung. Durch die symmetrische Kontaktbaugruppe muss nicht auf die Stromrichtung geachtet werden und das Diagnosepotenzial lässt sich an mehreren Stellen abgreifen. Zudem kann zwischen mono- und bistabilen Antriebssystemen gewählt werden.

Bildergalerie

Auch im Stör- und Crash-Fall ist eine sichere Trennung nötig

Die größte Herausforderung bei einer Bordnetzspannung von 48 V ist es, das Potential in einem Stör- beziehungsweise Crashfall sicher zu trennen. Eine galvanische Trennung ist dabei zwingend notwendig. Mit den heutigen Halbleiterlösungen kann dies jedoch nicht garantiert werden, so dass stattdessen mechanische Relais eingesetzt werden müssen. Allerdings ist es derzeit für Automobilhersteller und Zulieferer im Bereich Batteriemanagement schwierig, geeignete Komponenten für diesen Anwendungsfall zu bekommen, da die neuen Anforderungen eine Nutzung der 12-V-Relais unmöglich machen. Daher greift der Markt bislang auf Trennelemente aus dem Hochvoltbereich zurück, die jedoch keine wirtschaftliche Lösung darstellen.

Problem Schaltlichtbögen im 48-V-Bordnetz

Im Gegensatz zum 12- bis 24-V-Bereich sind bei einem 48-V-Bordnetz Schaltlichtbögen ein Problem. Im 12-V-Netz können sie leicht unterdrückt werden, bei einer Niederspannung von 48 bis 60 V ist das jedoch wesentlich schwieriger. Aufgrund des hohen elektrischen Potenzials könnte ein Störlichtbogen nicht selbstständig erlöschen, was zu Schäden im Relais oder Fahrzeug führen könnte. Relais für den 400-VDC-Bereich haben eine kostenintensive Schutzgasfüllung, um ein Zünden solcher Lichtbögen zu unterdrücken. In ihrem Inneren befindet sich zudem ein Permanentmagnet, der den Lichtbogen mit seinem Feld strecken und zum Erlöschen bringen soll. Dadurch ist es allerdings nötig, die Stromflussrichtung am Relais vorzugeben, sodass der Lichtbogen durch die Lorenzkraft in die richtige Richtung oder in Richtung von Kühlrippen gestreckt wird.

Für das 48-V-Bordnetz wurde ein eigenes Relais entwickelt

Die Gruner AG, die bislang vor allem Hochstromrelais zum Schalten von Netzspannung und für 12-V-Automobilbordnetz-Anwendungen herstellt, hat nun jedoch eigens für das 48-V-Bordnetz ein Relais entwickelt, bei dem diese umständliche und teure Konstruktion umgangen werden konnte. Das Relais kommt ohne Gasfüllung oder magnetische Löschvorrichtungen aus. Stattdessen sorgen bestimmte Kontaktabstände und die schnelle, temperaturunabhängige Öffnungsgeschwindigkeit dafür, dass der Lichtbogen erlischt. Zudem ist die Kontaktbaugruppe symmetrisch aufgebaut, sodass kundenseitig nicht auf die Stromflussrichtung geachtet werden muss.

Mehr Einbaumöglichkeiten sorgen für mehr Flexibilität

Da es somit deutlich mehr Einbaumöglichkeiten gibt, kann das neue Trennelement flexibler eingesetzt werden als andere Hochvoltgeräte. Zudem ist das Relais dadurch auch für Anwendungen prädestiniert, die eine wechselseitige Stromflussrichtung erfordern. Ein weiteres Merkmal des Gruner-Relais ist die Abfrage der Kontaktstellung. Mittels einer separaten Sensorabfrage lässt sich feststellen, ob das Relais aktuell offen oder geschlossen ist. Das Diagnose-Potenzial kann dabei an mehreren Stellen der Kontaktbaugruppe abgegriffen werden. Bei Störungen ist so schnell und zuverlässig feststellbar, ob ein Fehler vorliegt.

(ID:42678975)