Analyse von Hochvolt-Gleichstrom-Relais bei Kurzschlussströmen in Elektrofahrzeugen

Projekt: Forschung

Projektbeteiligte

Das An- und Ab­schal­ten der Bat­te­rie in ei­nem Elek­tro­fahr­zeug wird im Nor­mal­fall über so­ge­nann­te HV-DC-Re­lais (HV = Hoch­volt, DC = di­rect cur­rent, Gleich­strom) durch­geführt. Bei auf­tre­ten­dem Kurz­schluss, her­vor­ge­ru­fen durch ei­nen Un­fall oder feh­ler­haf­te Iso­lie­rung, muss über eine Si­che­rung eine Not­ab­schal­tung ein­ge­lei­tet wer­den. Durch die For­de­rung nach größeren Reich­wei­ten sind leis­tungsstärke­re Bat­te­ri­en nötig, die zu ei­nem höhe­ren Kurz­schluss­strom führen, so dass ak­tu­el­le Not­ab­schalt­kon­zep­te in Fra­ge ge­stellt und neue Kon­zep­te ent­wor­fen wer­den müssen. Dafür ist eine de­tail­lier­te Ana­ly­se al­ler Bau­tei­le und be­son­ders der Re­lais im Kurz­schluss­fall er­for­der­lich.

Bei stark an­stei­gen­dem Strom in ei­nem Re­lais kommt es an Tei­len der Kon­taktflächen zu Stromflüssen ent­ge­gen­ge­setz­ter Rich­tung, die zu ei­ner Kraft führen, die eine un­ge­woll­te Öff­nung der Re­lais­kon­tak­te ein­lei­tet: Die so­ge­nann­te Le­vi­ta­ti­on. Öff­nen sich die Kon­tak­te, ent­steht ein Licht­bo­gen zwi­schen ih­nen, der die Elek­tro­den ther­ma­li­siert und ver­damp­fen lässt. Dies führt zu ei­nem ra­pi­den Druck­an­stieg im Re­lais bis zur Zerstörung des Re­lais­gehäuses und muss un­be­dingt ver­hin­dert wer­den. Das Ver­hal­ten von Re­lais in ge­nau die­ser Ex­trem­si­tua­ti­on soll in Ko­ope­ra­ti­on mit Pa­na­so­nic In­dus­tri­al De­vices Eu­ro­pe GmbH (PIDE), Power Elec­tro­nics R&D Cen­ter, ansässig in Lüne­burg, un­ter­sucht wer­den. Im Fo­kus ste­hen das phy­si­ka­li­sche Ver­hal­ten und die Vor­her­sa­ge des zeit­abhängi­gen Druck­an­stiegs.

Hier­zu fördert die Eu­ropäische Uni­on im eu­ropäischen Förder­fond für re­gio­na­le Ent­wick­lung (EFRE) das Pro­jekt „Ana­ly­se von HV-DC-Re­lais bei Kurz­schluss­strömen in Elek­tro­fahr­zeu­gen“ seit dem 01.07.2018 für drei Jah­re. In die­sem Pro­jekt soll das Ver­hal­ten des Re­lais ausführ­lich mit mul­ti­phy­si­ka­li­schen Si­mu­la­tio­nen ana­ly­siert, mit Mes­sun­gen an den Re­lais ver­gli­chen und aus den Er­kennt­nis­sen ein möglichst ein­fa­ches glo­ba­les Mo­dell des Druck­an­stiegs ab­ge­lei­tet wer­den. Eine vollständi­ge Si­mu­la­ti­on des ge­sam­ten tran­si­en­ten Re­lais­ver­hal­tens ist kaum möglich, wes­halb es in drei Pha­sen un­ter­teilt wird: Vor Öff­nung ei­nes Kon­tak­tes, bis zur Öff­nung des zwei­ten Kon­tak­tes und an­sch­ließend das geöff­ne­te Re­lais in­klu­si­ve der Bo­gen­plas­men. Jede Pha­se wird se­pa­rat si­mu­liert und die Er­geb­nis­se ei­ner vor­he­ri­gen Pha­se ge­hen als Ein­gangs­pa­ra­me­ter in die an­sch­ließende Pha­se ein. Das im An­schluss ab­zu­lei­ten­de glo­ba­le Mo­dell hat den Vor­teil, dass es re­la­tiv schnell gelöst und zur Ana­ly­se über­ge­ord­ne­ter Pro­ble­me, wie neu­en Ab­schalt­kon­zep­ten, ein­ge­setzt wer­den kann.
StatusLaufend
Zeitraum01.07.1830.06.21
Art der FinanzierungGefördert von der EU (EFRE)

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