Zuverlässiges Kappen der Batterieversorgung im Stör- oder Crashfall: Neue Relais 853 und 854 als Trennschalter für 48 V DC oder 96 V DC Batteriesysteme

Elektro-Zweiräder sind im Trend: Allein 2022 wurden in Deutschland viermal so viele E-Roller zugelassen wie im Vorjahr – Tendenz steigend. Das geht aus Statistikdaten des Industrie-Verbands Motorrad Deutschland hervor. Auch für die Nachbarländer zeichnet der Verband der europäischen Motorradhersteller ein ähnliches Bild. Weitet man den Blick in Richtung Asien, sind oftmals Mopeds und die ikonischen dreirädrigen Tuk-Tuks das Mittel der Wahl, um sich im hohen Verkehrsaufkommen zurechtzufinden. Auch dort werden in Zeiten von stärkerer Smoghäufigkeit und hoher Feinstaubbelastung die Rufe nach elektrifizierten Varianten immer lauter. In solchen zwei- und dreirädrigen Fahrzeugen ist der Bauraum allerdings begrenzt. Daher müssen die Relais zur Steuerung der elektrischen Systeme und zum Schutz vor Überlastung besonders kompakt und robust ausfallen. „Die größte Herausforderung bei einer Batteriespannung von über 48 V ist es, das Potential in einem Störfall sicher zu trennen und die Batteriesicherheit zu erhöhen “, erklärt Robert Frank, Key Account Manager bei der Gruner AG. „Eine galvanische Trennung im Lastkreis ist dafür zwingend notwendig.“

Bei Elektrorollern speziell im asiatischen Markt sollen zukünftig zwei Spannungsebenen bei der Fahrzeugversorgung von batteriebetriebenen Zwei- und Dreirädern eingesetzt werden: eine Spannung von 48 V DC mit einer Batterie und eine Spannung von 96 V DC mit zwei Batterien in Serienschaltung. Aufgrund des hohen elektrischen Potentials kann dabei – im Gegensatz zum 12 V-Bereich – ein Störlichtbogen aufrechterhalten bleiben, was zu Schäden am Fahrzeug und der Batterie führen kann. Um dies zu verhindern und den geschilderten Herausforderungen zu begegnen, hat der mittelständische Relais-Spezialist Gruner mit dem Typ 853 ein neues Modell entwickelt, das eigens für Dauerströme bis 150 A bei 48 V DC ausgelegt ist. Zudem wurde das Relais Typ 854 für Dauerströme bis 120 A bei 96 V DC entwickelt, sodass sämtliche elektrifizierte Zwei- und Dreiräder mit jeweils angepassten Relais ausgestattet werden können. Dabei ermöglicht die kompakte Bauweise die Implementierung selbst in den beengten Verhältnissen dieser Fahrzeuge und hält gleichzeitig den rauen Bedingungen des Straßenverkehrs stand.  

Hohe Kurzschlussfestigkeit und Schockbeständigkeit

Die Sicherheit der Fahrzeuge sollte höchste Priorität haben. Beide Relais-Typen weisen daher eine besonders hohe Kurzschlussfestigkeit auf, sodass Personen und das Fahrzeug selbst keinen Schaden durch hohe Ströme oder Überhitzung der Batterie nehmen können. „Fließt beispielsweise kurzfristig ein sehr hoher Strom, ist durch eine spezielle Kontaktanordnung sichergestellt, dass das Relais nicht unbeabsichtigt öffnet“, beschreibt Frank. Es kann im Einzelnen bis zu 4 kA zuverlässig trennen, sodass der nötige Auslösestrom für ein integriertes Sicherungselement (Fuse) über die benötigte Auslösezeit tatsächlich fließt und auslösen kann. „Diese Kapazitätsanpassung war notwendig, da sich die Batterietechnologie in den letzten Jahren weiterentwickelt hat. Die Zellchemie hat sich dahingehend geändert, dass in Fehlerfällen Kurzschlüsse von bis zu 4 kA entstehen können“, erläutert Frank.

Ein ähnlich hoher Sicherheitsanspruch galt für Gruner bei der Entwicklung in Bezug auf die deutlich stärker auftretenden Erschütterungen auf den Antrieb bei Zwei- und Dreirädern. Da das Trennrelais auch bei Stößen in der definierten Schaltstellung geschlossen bleiben muss, weist es zusätzlich eine hohe Schockfestigkeit bis zu 150 g auf. So kann es Stößen zuverlässig widerstehen – selbst bei Fahrten auf unebenen Straßen oder bei Unfällen.

Integrierter NTC-Temperatursensor sowie Kontaktabfragemöglichkeit

Darüber hinaus hat Gruner die beiden Relais um Sensorfunktionen erweitert: So wurden sie mit einem NTC-Widerstand ausgestattet, der als Temperaturüberwachungsmodul fungiert und es erlaubt, den funktionellen Zustand des Relais im Batteriemanagementsystem anzuzeigen. Dort kann auch die Kontaktstellung überprüft werden. Denn mittels Monitoring lässt sich erkennen, ob das Relais aktuell offen oder geschlossen ist. Das Diagnose-Signal wird dabei über den Stecker abgegriffen und als Signalwert an das Batteriemanagementsystem weitergegeben. Somit kann die jeweilige Schaltstellung detektiert werden, sodass z.B. die Weiterfahrt im Falle einer nicht ordnungsgemäßen Funktion des Relais verweigert wird. Im Fokus steht hierbei die Sicherheit des Fahrers und der Schutz vor Schäden am Fahrzeug.

Hersteller können die optimierte Relais-Serie sowohl als monostabile als auch bistabile Version erhalten, wobei ein Produktionsstart für Anfang 2025 vorgesehen ist. „Strom als Antrieb ist auch für Fahrzeugklassen mit zwei und drei Rädern die Zukunft. Mit unseren darauf spezialisierten Relais wollen wir einen Teil dazu beitragen, dass der Umstieg auf E-Antriebe in diesen Segmenten für private wie geschäftliche Nutzer attraktiv ist und sicher gelingt“, resümiert Frank.

Weitere Informationen im Internet unter: www.gruner.de