Elektrofahrzeuge (Electric Vehicles, EVs) verändern die Zukunft des Transports und machen eine zuverlässige und effiziente Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge erforderlich. Eine entscheidende Komponente innerhalb dieser Infrastruktur ist das Relais. Dabei handelt es sich um einen elektromechanischen Schalter, der eine entscheidende Rolle für den sicheren und effizienten Betrieb von Ladestationen für Elektrofahrzeuge spielt.

Schaltrelais sorgen in diesem Zusammenhang für die Übertragung hoher Ströme und gewährleisten so die sichere Stromversorgung der Fahrzeugbatterie über das Stromnetz. Sie fungieren als Vermittler und ermöglichen es den Steuerungssystemen in der Ladestation, mit hohen Spannungen und Stromstärken umzugehen, ohne direkt mit den Hochleistungsstromkreisen zu interagieren. Diese Isolierung ist sowohl für die Sicherheit als auch für die Zuverlässigkeit von entscheidender Bedeutung.

Hauptfunktionen von Relais in Ladestationen für Elektrofahrzeuge

1. Steuerung und Schaltung von Stromkreisen: Relais sind für das Ein- und Ausschalten des Ladestromkreises verantwortlich. Wenn ein Elektrofahrzeug an die Ladestation angeschlossen wird, schließt das Relais den Stromkreis, sodass Strom zur Fahrzeugbatterie fließen kann. Sobald der Ladevorgang abgeschlossen ist oder ein Fehler erkannt wird, öffnet das Relais den Stromkreis und unterbricht die Stromversorgung. Dieser Vorgang ist entscheidend, um ein Überladen zu verhindern und sicherzustellen, dass der Ladevorgang sicher beendet wird.
2. Sicherheit und Fehlerschutz: Sicherheit ist bei Ladestationen für Elektrofahrzeuge mit hohen Spannungen und Stromstärken von entscheidender Bedeutung. Relais tragen zur Sicherheit bei, indem sie Fehlererkennung und Schutzmechanismen bereitstellen. Bei einem Überstrom, Kurzschluss oder Erdschluss kann das Relais die Ladestation schnell von der Stromquelle trennen und so Schäden am Fahrzeug und an der Ladestation verhindern und die Sicherheit der Benutzer gewährleisten.
3. Lastmanagement: Mit der zunehmenden Verbreitung von Elektrofahrzeugen ist das Lastmanagement im Stromnetz immer wichtiger geworden. In Ladestationen werden Relais für das Lastmanagement eingesetzt, d. h., sie steuern, wann und wie viel Strom an das Fahrzeug geliefert wird. So kann das Relais beispielsweise in Spitzenzeiten so gesteuert werden, dass der Ladestrom reduziert wird, um die Netzlast auszugleichen und Überlastungen zu vermeiden.
4. Integration von Kommunikation und Steuerung: Moderne Ladestationen für Elektrofahrzeuge nutzen fortschrittliche Kommunikations- und Steuerungssysteme, die mit Relais interagieren, um den Ladevorgang zu optimieren. Relais können über Kommunikationsprotokolle ferngesteuert werden, sodass die Ladestation die Stromversorgung je nach Netzbedingungen, Benutzerpräferenzen oder Anweisungen des Versorgungsunternehmens anpassen kann. Diese Integration ist für die Entwicklung intelligenter Ladesysteme, die dynamisch auf Netzanforderungen und Energiepreise reagieren, von entscheidender Bedeutung.

Technologischer Fortschritt im Relaisdesign

Mit der Weiterentwicklung der Ladetechnologie für Elektrofahrzeuge entwickelt sich auch das Relaisdesign weiter. Moderne Relais, die in Ladestationen für Elektrofahrzeuge eingesetzt werden, verfügen über mehrere fortschrittliche Funktionen, um den hohen Anforderungen dieser Anwendung gerecht zu werden:

• Halbleiterrelais (Solid-State Relays, SSRs): Im Gegensatz zu herkömmlichen elektromechanischen Relais haben SSRs keine beweglichen Teile. Dadurch bieten sie schnellere Schaltzeiten, eine längere Lebensdauer und benötigen weniger Wartung. SSRs werden aufgrund ihrer Zuverlässigkeit und Fähigkeit, hohe Schaltfrequenzen zu bewältigen, zunehmend in Ladestationen für Elektrofahrzeuge eingesetzt.
• Hochspannungs- und Hochstromfähigkeit: Relais, die für Ladestationen für Elektrofahrzeuge entwickelt wurden, können die hohen Spannungen (bis zu 1000 V oder mehr) und Ströme (bis zu mehreren hundert Ampere) bewältigen, die von modernen Elektrofahrzeugen benötigt werden. Diese Fähigkeit ist von entscheidender Bedeutung, da die Ladegeschwindigkeiten weiter zunehmen und die elektrischen Komponenten innerhalb der Station immer mehr Leistung erbringen müssen.
• Verbesserte Sicherheitsfunktionen: Moderne Relais verfügen über zusätzliche Sicherheitsfunktionen wie Lichtbogenunterdrückung und ausfallsichere Mechanismen, um die Zuverlässigkeit der Ladestation zu erhöhen. Diese Funktionen sind unerlässlich, um Lichtbögen zu verhindern, die erhebliche Schäden verursachen und ein Sicherheitsrisiko darstellen können.
• Energieeffizienz: Fortschritte in der Relaistechnologie haben auch zur Reduzierung von Energieverlusten geführt. Verlustarme Relais tragen zur Verbesserung der Gesamteffizienz des Ladevorgangs bei, minimieren Energieverschwendung und leisten einen Beitrag zur Nachhaltigkeit des Ökosystems für Elektrofahrzeuge.

Reduzierung der Bauteile

Das G9KC-Relais von Omron verfügt über eine 4-polige Schaltstruktur und kann daher größere mehrpolige Schütze und 3- oder 4-polige einpolige Relais in 3-Phasen-Stromversorgungsmodellen ersetzen. Dadurch kann das Gerätegehäuse kleiner und schlanker gestaltet werden, womit sich die Designs einfacher installieren und handhaben lassen und das Temperaturmanagement innerhalb der Anwendung verbessert wird.

Polumschaltung bei 40 A (480 V AC) und 32 A (277 V AC):

Die 4-polige Konfiguration des G9KC-Relais von Omron ist für 3-Phasen-Anwendungen geeignet. Dadurch wird ein schnelleres Laden ermöglicht und gleichzeitig die Sicherheit beim Trennen der Wechselstromversorgung gewährleistet.

Niedriger Anfangskontaktwiderstand von maximal 6 mΩ:

Der Kontaktwiderstand hat Einfluss auf die Wärmeentwicklung an den Relaisklemmen und die Temperaturverteilung um die Klemmen herum. Das G9KC hat einen Umgebungstemperaturbereich von -40 °C bis +85 °C. Ein niedriger Anfangskontaktwiderstand führt zu einer geringeren Wärmeentwicklung bei gleichzeitig hoher Leistung und Lebensdauer. Der Temperaturunterschied zwischen 1 mΩ und 2 mΩ beträgt etwa 18 ℃, während der Temperaturunterschied zwischen 1 mΩ und 3 mΩ etwa 34 °C beträgt. Das G9KC löst diese Designprobleme und bietet Stabilität bei hoher Leistung.

Zusatz-Hilfskontakt zur Spiegelung der Position der Hauptkontakte:

Durch die Verwendung von Hilfskontakten in G9KC kann die mit dem Relais entwickelte Ausrüstung Ausfälle zuverlässig erkennen und den Betrieb sicher stoppen.

Mehr und schneller laden

Ladegeräte für Elektrofahrzeuge können von den Eigenschaften des G9KC-Relais profitieren. Es ermöglicht einen effizienten und zuverlässigen Betrieb von 3-Phasen-Stromversorgungsmodellen (mit 3 oder 4 Leitern). Dieser Aspekt ist von entscheidender Bedeutung für die Aufrechterhaltung der Ladeleistung und die Vermeidung einer Überhitzung von Komponenten, die zu einer vorübergehenden Verringerung der Ladeleistung führen kann. Durch seine kompakte Größe ermöglicht es nicht nur eine schlankere und leichtere Bauweise von Ladestationen, sondern trägt auch zu geringeren Produktionskosten und einer effizienteren Installation bei. Das Relais kann 40 A bei 480 V_AC verarbeiten und unterstützt eine Ladeleistung von bis zu 22 kW, sodass es sich für eine Vielzahl von Ladeanwendungen für Elektrofahrzeuge eignet. Das G9KC-Relais wurde in Übereinstimmung mit verschiedenen IEC-Normen entwickelt und gewährleistet die Einhaltung von Sicherheitsanforderungen und einen zuverlässigen Betrieb. Der geringe Kontaktwiderstand des G9KC-Relais spielt eine wesentliche Rolle bei der Vermeidung von Überhitzung, wodurch die allgemeine Sicherheit und Effizienz der Ladestation erhöht wird. Durch die Reduzierung der thermischen Belastung und die Erhöhung der Leistung trägt das G9KC zu kürzeren Ladezeiten bei.