Technische Analyse von Hochspannungs-Gleichstromschützen: Hochspannungsplattformen in Fahrzeugen mit neuer Energie treiben Verbesserungen in der Keramikdichtungstechnologie voran

 

Mit der rasanten Entwicklung von New Energy Vehicles (NEVs), Batterieenergiespeichersystemen und Hochleistungsladeinfrastrukturen entwickeln sich elektrische Systeme hin zu höheren Spannungen, höheren Strömen und größerer Zuverlässigkeit. Als kritische Schaltkomponenten in den elektrischen Hochspannungssystemen von NEVs erleichtern Hochspannungs-Gleichstromschütze die sichere Verbindung und Trennung zwischen dem Batteriesystem und der Last und bieten Fehlerschutz. Sie sind grundlegende Komponenten für die Gewährleistung der gesamten elektrischen Sicherheit des Fahrzeugs.

 

Im Gegensatz zu herkömmlichen Niederspannungsrelais müssen Hochspannungs-Gleichstromschütze Stromkreise bei Spannungspegeln von mehreren hundert Volt oder mehr zuverlässig schalten und gleichzeitig erheblichen vorübergehenden Stromstößen standhalten. Folglich umfasst ihr Design nicht nur mechanische Strukturen und elektromagnetische Betätigung, sondern auch Isoliermaterialien, Lichtbogenlöschtechnologien und Dichtungszuverlässigkeit.

 

In NEV-Antriebssträngen werden Hochspannungs-Gleichstromschütze typischerweise im Traktionsbatteriepaket, im Wechselrichter, im Motorsteuerungssystem und in den Ladekreisen installiert. Beim Starten des Fahrzeugs schließt das Schütz, sodass die Traktionsbatterie das Antriebssystem mit Strom versorgen kann. Wenn umgekehrt das Fahrzeug anhält oder eine Anomalie erkannt wird, öffnet sich das Schütz schnell, um den Hochspannungskreis zu isolieren und die Eskalation elektrischer Fehler zu verhindern.

 

Während die Spannungsplattformen in NEVs voranschreiten-der Übergang von 400-V-Systemen zu 800-V- oder noch höheren Architekturen-Hochspannungs--Gleichstromschütze voranschreitet, werden immer strengere Anforderungen an Spannungsfestigkeit, Reaktionsgeschwindigkeit und Sicherheitsstandards gestellt.

 

 

 

Hochspannungs-Gleichstromschütze bestehen im Wesentlichen aus einem Kontaktsystem, einem elektromagnetischen Betätigungsmechanismus, einem Isoliergehäuse, einer Lichtbogenlöschstruktur und Dichtungskomponenten. Die Kontakte übernehmen die Stromübertragung und -unterbrechung, der Betätigungsmechanismus steuert die Kontaktbewegung und die Isolierung und Lichtbogenlöschstrukturen bestimmen die Zuverlässigkeit des Produkts in Hochspannungsumgebungen.

 

Basierend auf der Lichtbogenlöschumgebung und den Gehäusematerialien werden Hochspannungs-Gleichstromschütze im Allgemeinen in Typen wie Keramik-Vakuumschütze, hermetisch abgedichtete Keramikschütze und Epoxidharz-verkapselte Schütze eingeteilt.

 

Unter diesen wird die keramische Vakuumstruktur aufgrund ihrer hohen Durchschlagsfestigkeit, hervorragenden Dichtungsleistung und stabilen Lichtbogenlöschfähigkeit häufig in NEVs, Hochspannungs-Energiespeichersystemen und industriellen Stromversorgungen eingesetzt.

 

Keramische Materialien bieten eine hohe mechanische Festigkeit, einen geringen dielektrischen Verlust und eine hervorragende Wärmebeständigkeit und gewährleisten effektiv die Isolationsstabilität während des Langzeitbetriebs des Schützes. Bei Hochspannungsanwendungen mildern Keramikgehäuse die Auswirkungen von Feuchtigkeit, Verunreinigungen und Umweltfaktoren auf interne Komponenten.

 

Hochzuverlässige keramische EV-Relaisgehäuse schützen beispielsweise interne Kontaktsysteme durch keramische Isolierstrukturen und ermöglichen es dem Schütz, die Anforderungen eines Langzeitbetriebs unter den komplexen Bedingungen zu erfüllen, die für Fahrzeuge mit neuer Energie typisch sind.

 

 

 

Die interne Betriebsumgebung von Hochspannungs-Gleichstromschützen ist äußerst komplex. Insbesondere bei Unterbrechungen mit hohem -Strom kommt es zu starker Lichtbogenbildung.

 

Gelingt es nicht, den Lichtbogen schnell und effektiv zu kontrollieren, kann dies zu Kontakterosion, einer Verschlechterung der Isolierung oder sogar zum Totalausfall der Ausrüstung führen.

 

Während herkömmliche luftbasierte Lichtbogenlöschmethoden unter Hochspannungs- und Hochstrombedingungen an ihre Grenzen stoßen, nutzt die Vakuumlichtbogenlöschtechnologie eine Vakuumumgebung, um den Einfluss von Gasmedien zu minimieren. Dies ermöglicht eine einfachere Lichtbogenlöschung, wodurch die Schaltleistung erhöht und die Lebensdauer verlängert wird.

 

Als Schlüsselmaterial für Vakuumkammern muss die Keramik mehrere Anforderungen gleichzeitig erfüllen:

Hohe Spannungsfestigkeit;
Hervorragende hermetische Abdichtung;
Beständigkeit gegen Thermoschock;
Langzeitstabilität;-
Zuverlässige Verbindung mit Metallbauteilen.

 

Folglich ist die Keramikmetallisierung zu einem entscheidenden Prozess bei der Herstellung von Hochspannungsschützen geworden.

 

Der Keramikmetallisierungsprozess erzeugt eine zuverlässige Metallbindungsschicht auf der Keramikoberfläche, die hoch{0}feste Verbindungen zwischen der Keramikkomponente und Metallen wie Kupfer oder Molybdän ermöglicht und so eine stabile Keramik-{1}zu-{2}}-Verbindung gewährleistet.

 

Diese Verbindungsmethode gewährleistet nicht nur mechanische Festigkeit, sondern erfüllt auch die Anforderungen für einen langfristigen, zuverlässigen Betrieb in hermetisch abgedichteten Hochspannungsumgebungen.

 

 

Die keramische Metallisierung ist eine wichtige Technologie bei der Herstellung fortschrittlicher elektronischer Keramik. Dabei wird eine metallisierte Schicht auf der Oberfläche von Aluminiumoxidkeramik gebildet und anschließend die Keramik mithilfe von Verfahren wie Hartlöten mit Metall verbunden.

 

Im Bereich der Hochspannungs-Gleichstromschütze wird diese Technologie hauptsächlich zur Herstellung von Vakuum-Lichtbogenlöschkammergehäusen, isolierenden Stützstrukturen und hermetischen Hochspannungsbaugruppen eingesetzt.

 

Aufgrund seiner hohen mechanischen Festigkeit und hervorragenden elektrischen Isolationseigenschaften ist Aluminiumoxid (Al₂O₃) derzeit das am häufigsten verwendete isolierende Keramikmaterial.

 

Zum Beispiel die Beschäftigung einesGehäuse aus AluminiumoxidkeramikDie Struktur für Hochspannungs-Gleichstromschütze verbessert effektiv die Isolationszuverlässigkeit in Hochspannungsumgebungen und minimiert gleichzeitig Leistungseinbußen bei Langzeitbetrieb. Im Vergleich zu herkömmlichen Kunststoffen oder Epoxidmaterialien können Aluminiumoxidkeramiken höheren Temperaturen und stärkeren elektrischen Feldern standhalten und bieten deutliche Vorteile bei Hochspannungsplattformanwendungen für Fahrzeuge mit neuer Energie.